Domínio da energia nuclear vem de teorias do século XIX

O conhecimento que tornou possível o uso da energia nuclear na geração de eletricidade, na Medicina e nas ciências dos materiais derivou de pesquisas experimentais e teóricas sobre a estrutura do átomo, concentradas principalmente no fim do século XIX e na primeira metade do século XX.

A hipótese de que a matéria é constituída de átomos foi lançada em 1803 pelo químico inglês John Dalton e evoluiu desde a condição de "teoria heterodoxa" até a aceitação por toda a comunidade científica, já nos primeiros anos do século XX. O átomo indivisível de Dalton, que lembrava vagamente o atomismo dos filósofos gregos Leucipo e Demócrito (século V a.C.), sofreu grandes mudanças ao longo do século XIX e já não parecia tão maciço no início do século XX.

As origens da noção da divisibilidade do átomo podem ser remontadas à descoberta da radioatividade no urânio, pelo francês Henri Becquerel, em 1896. A polonesa Marie Curie e seu marido, o francês Pierre Curie, pesquisaram a fundo o novo fenômeno e descobriram vários elementos químicos novos muito radioativos (como o rádio, o polônio e o tório), demonstrando que a radioatividade não era privilégio do urânio. Mostraram também que as partículas que constituíam alguns tipos de radiação provinham do interior dos átomos. Enquanto isso, em 1897 o inglês John Joseph Thomson demonstrava a existência de partículas muito menores que os átomos, mais tarde chamadas elétrons. A indivisibilidade dos átomos estava em xeque.

Os detalhes da estrutura atômica foram determinados durante as décadas seguintes. A divisibilidade do átomo foi confirmada experimentalmente ao longo da década de 1910 pelos trabalhos de Ernest Rutherford e Frederick Soddy, que culminou com a descoberta do núcleo atômico em 1911, por Rutherford. Nos anos seguintes foi solidificada a convicção de que os núcleos eram compostos de partículas com carga elétrica positiva, chamadas prótons, e partículas sem carga elétrica, chamadas nêutrons. Os elétrons movem-se ao redor do núcleo. Como os elétrons são bem mais leves que os prótons e os nêutrons, o núcleo contém quase toda a massa do átomo. A existência dos nêutrons teve que esperar até 1931 para ser confirmada em laboratório, por James Chadwick.

As pesquisas penetraram cada vez mais no âmago da matéria. À compreensão da estrutura geral do átomo seguiram-se as pesquisas sobre a estrutura do núcleo. Ao longo da década de 1920 reconheceu-se que as partículas do núcleo eram mantidas juntas por uma força nova (proposta por Werner Heisenberg em 1932), mais poderosa que todas as outras conhecidas, hoje chamada de "força nuclear forte". As forças nucleares fortes são também responsáveis pela emissão de alguns tipos de radiação.

Porém, para usar a nova força para gerar energia era necessário descobrir um modo de produzir radioatividade artificialmente. Isso foi obtido em 1934, com os trabalhos dos franceses Frederick e Irene Joliot-Curie, esta filha de Pierre e Marie Curie.

O processo físico fundamental para a geração da energia nuclear, a fissão nuclear, foi descoberto por Otto Hahn, Lise Meitner e Fritz Strassman, em 1938-9. Quando o urânio é bombardeado por nêutrons, os núcleos dos átomos absorvem as partículas e tornam-se instáveis, partindo-se em dois pedaços espontaneamente. O átomo de urânio cede lugar a átomos mais leves, como bário e criptônio. A energia correspondente às forças nucleares que uniam os pedaços é subitamente liberada na forma de energia cinética (energia de movimento) dos fragmentos.

Além dos núcleos-fragmentos, a fissão produz também dois ou três nêutrons. Ao atingirem os átomos de urânio próximos, os nêutrons são absorvidos por eles e os levam à instabilidade, provocando novas fissões e novos nêutrons, que vão provocar novas fissões em novos átomos e assim por diante, numa reação nuclear em cadeia.

O próximo passo seria aprender a estabelecer uma reação em cadeia controlada, para que pudesse ser usada na geração de energia - ou seja, a invenção do reator nuclear. Entretanto, os acontecimentos políticos que se seguiram levaram as pesquisas à direção inteiramente oposta. Pouco depois da descoberta de Hahn, Meitner e Strassman, eclodiu a Segunda Guerra Mundial (1939-1945). Os estudos sobre energia nuclear desviaram-se irresistivelmente para a construção de armas nucleares. Nos Estados Unidos, o Projeto Manhattan, cujo setor científico foi liderado pelo físico Robert Oppenheimer, usou a reação nuclear em cadeia para explodir a primeira bomba atômica perto do laboratório de Los Alamos, em 1945. A segunda e a terceira caíram sobre Hiroxima e Nagasáqui, no Japão, selando a vitória norte-americana na guerra.

O Projeto Manhattan envolveu vários dos melhores talentos da Física, como o italiano Enrico Fermi, o alemão Hans Bethe e o húngaro Leo Szilard. Após a guerra, Oppenheimer tornou-se pacifista e lutou contra o uso das armas nucleares, sendo perseguido pelo governo norte-americano. Outros físicos do Projeto Manhattan tiveram trajetória semelhante, como o australiano sir Mark Oliphant (1901-2000), falecido no último dia 17 de julho, na Austrália. Os cientistas renegados do Projeto Manhattan não foram os únicos a serem colhidos pelas malhas da política belicista dos anos 30-40. Lise Meitner e Albert Einstein, por exemplo, tiveram que fugir da Alemanha para salvar suas vidas, pelo simples fato de serem judeus.

Após a guerra, as aplicações pacíficas da energia nuclear finalmente puderam ter o seu lugar, com a construção de reatores para usinas nucleares. O primeiro reator nuclear foi construído pelo físico italiano Enrico Fermi já em 1942.

Atualizado em 10/08/2000

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