O que é massa crítica?
Massa crítica é um conceito que se depara quando se discute material nuclear. Em resumo, a massa crítica de um material é a quantidade necessária para que ele continue uma reação nuclear após o início.
Existem diferentes tipos de materiais nucleares, e um tipo é conhecido como material físsil. Os materiais físseis são capazes de sustentar uma reação uma vez iniciada. Como a reação pode ser mantida, o material pode ser usado para certos fins. Esses propósitos incluem fabricar armas nucleares e criar reatores para gerar energia. Os materiais físseis mais utilizados são o urânio-233, o urânio-235 e o plutônio-239. Esses três materiais atendem aos critérios de um material fissionável, permanecem por um tempo razoavelmente longo e podem ser encontrados em quantidades suficientemente grandes para tornar prático o uso deles para combustível.
O processo de uma reação nuclear é um tanto complexo, mas pode ser encarado simplesmente como uma reação que cresce exponencialmente. Em uma reação, um átomo do material físsil - digamos, urânio-235 - captura um nêutron à medida que passa. Isso faz com que o átomo se divida em dois átomos menores e, nesse processo, libera mais dois ou três nêutrons. Esses nêutrons voam e são capturados por outros átomos de urânio-235, que por sua vez se dividem e emitem mais dois ou três nêutrons. Tudo isso acontece em uma quantidade muito, muito pequena de tempo e libera enormes quantidades de energia.
O conceito de massa crítica é importante, porque, para que essa reação continue e libere grandes quantidades de energia, é necessário que haja material físsil suficiente para poder continuar. Se a massa crítica não for alcançada, os nêutrons presentes diminuirão ao longo do tempo, tornando cada vez menos provável uma reação nuclear. A rigor, o termo massa crítica é usado para descrever o estado de equilíbrio no qual há material físsil suficiente para manter a quantidade de nêutrons aproximadamente a mesma, mas a reação não gera mais. Muitas vezes, no entanto, a massa crítica é usada para descrever o que é mais precisamente chamado de massa supercrítica, quando há material suficiente para que os nêutrons continuem colidindo com átomos físseis e liberando mais nêutrons, gerando energia e calor.
Para usar material físsil em uma arma nuclear, é obviamente importante que o material seja mantido abaixo da massa crítica - caso contrário, a bomba seria detonada imediatamente. Normalmente, dois pedaços de material são mantidos separados em massa subcrítica e, quando é hora da bomba ser detonada, eles são jogados juntos com muita força e rapidez. Eles então criam uma massa supercrítica e a bomba explode. Se eles não forem jogados juntos com rapidez suficiente, uma explosão menor acontecerá primeiro e separará as duas peças, de modo que a grande explosão nunca ocorra - isso geralmente é chamado de fracasso.
A massa crítica é diferente dependendo do material que está sendo usado. No caso do urânio-233, a massa crítica é de cerca de 35 libras (15 kg). No caso do urânio-235, a massa crítica é de cerca de 52 kg. E no caso do Plutônio-239, a massa crítica é de cerca de 10 kg. Isso pode parecer um pouco, mas lembre-se de que esses materiais são extremamente densos. Com a maioria dos materiais nucleares, uma esfera não muito maior que uma bola de beisebol alcançará massa crítica e causará uma enorme explosão.