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Armas nucleares

Química

Armas nucleares são dispositivos explosivos de extrema força destrutiva, cuja tecnologia deriva de reações nucleares de fissão ou fusão.
Ruínas da cidade Nagasaki, no Japão, após ataque de bomba atômica norte-americana em 1945, ao fim da Segunda Guerra Mundial.
Ruínas da cidade Nagasaki, no Japão, após ataque de bomba atômica norte-americana em 1945, ao fim da Segunda Guerra Mundial.
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Considerando que todos saibam da origem da primeira explosão nuclear, não fica difícil saber por onde tudo começou. Foi através dos EUA e aliados no ano de 1945, ao lançar as duas primeiras bombas atômicas no Japão é que o pesadelo teve iní

As armas nucleares são dispositivos explosivos cuja força destrutiva deriva de reações nucleares de fissão ou de reações nucleares de fissão e fusão combinadas. Como resultado, mesmo a menor e mais simples das armas nucleares será mais destrutiva e poderosa que a maior das armas convencionais.

As armas nucleares foram utilizadas, pela primeira vez, ao fim da Segunda Guerra Mundial, em 1945. Diante de suas consequências catastróficas, a comunidade internacional se movimenta desde então para coibir seu uso em conflitos, por meio de tratados internacionais e pactos globais. Contudo, alguns países mantêm em seus arsenais tais ogivas, sob a justificativa de defesa e estratégia militar.

Leia também: Tratado sobre a Proibição de Armas Nucleares (TPAN)

Resumo sobre armas nucleares

  • Armas nucleares são dispositivos explosivos de grande poder destrutivo cuja força deriva de reações nucleares de fissão ou de fissão e fusão combinadas.
  • Mesmo a arma nuclear mais simples será mais poderosa do que a maior das armas convencionais.
  • Nas armas nucleares de fissão, a energia é produzida por meio de reações nucleares de fissão.
  • Nas armas nucleares de fusão, uma bomba de fissão é utilizada para ativar um combustível de fusão, produzindo uma explosão muito mais exotérmica e catastrófica do que a bomba de fissão.
  • A Constituição Federal Brasileira, por meio de cláusula pétrea, impede que o Brasil utilize energia nuclear para fins não pacíficos.
  • Rússia e EUA detêm mais de 90% dos armamentos nucleares atualmente.
  • As armas nucleares começaram a ser desenvolvidas no contexto da Segunda Guerra Mundial.

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Tipos de armas nucleares

Existem dois tipos básicos de armas nucleares. As primeiras são armas que produzem sua energia por meio de reações nucleares de fissão, são conhecidas popularmente como bombas atômicas ou bombas de fissão, cujo potencial explosivo varia de uma a 500 mil toneladas de dinamite.

O segundo tipo de armas nucleares, conhecidas como bombas de hidrogênio ou bombas de fusão, produz uma incrível quantidade de energia por meio de reações de fusão nuclear. Tais dispositivos podem ser até mil vezes mais destrutivos que as bombas de fissão.

A seguir, detalharemos os dois modelos.

  • Fissão nuclear: nesse modelo de arma nuclear, a energia é produzida por meio de reações nucleares de fissão, em que um átomo se desintegra em átomos menores e outras partículas subatômicas, em um processo altamente exotérmico.

Um exemplo de reação de fissão nuclear é a que ocorre com o urânio-235, utilizada na confecção da bomba atômica Little Boy, desenvolvida pelo Projeto Manhattan durante a Segunda Guerra Mundial e utilizada para atacar a cidade japonesa de Hiroshima, em 6 de agosto de 1945.

Réplica da bomba Little Boy
Réplica da bomba Little Boy

Os produtos da fissão do urânio-235 nem sempre são os mesmos, podendo gerar diferentes isótopos ou até mesmo quantidades diferentes de nêutrons (dois ou três mols). Porém o 235U sempre será bombardeado por um nêutron, tornando-se o isótopo físsil 236U. A seguir, temos um exemplo.

Esquema de reação do urânio-235

Outro ponto importante é que a reação de fissão é uma reação em cadeia, ou seja, os dois ou três mols de nêutrons bombardearão, cada um deles, outros átomos de urânio-235, fazendo com que a reação produza energia em uma progressão geométrica. No caso da bomba Little Boy, o poder foi de cerca de 15 mil toneladas de dinamite.

Representação da reação nuclear em cadeia, demonstrando o crescimento da energia em uma progressão geométrica.
Representação da reação nuclear em cadeia, demonstrando o crescimento da energia em uma progressão geométrica.
  • Fusão nuclear: nas bombas de fusão nuclear, também chamadas de bombas de hidrogênio ou termonucleares, uma bomba de fissão é utilizada para comprimir e aquecer um combustível de fusão, como hidreto de lítio deuterado sólido (LiD). Após a detonação da bomba de fissão, raios gama (γ) e raios X são emitidos à velocidade da luz, comprimem o combustível de fusão e, em seguida, aquecem-no a temperaturas termonucleares.

A reação de fusão dos isótopos de hidrogênio então ocorre e diversos nêutrons acelerados são produzidos, os quais induzem fissão em materiais que normalmente não eram propensos a tal reação, como o isótopo natural do urânio (238). Um exemplo de fusão nuclear de isótopos de deutério é o que se mostra a seguir.

Esquema de reação de fusão nuclear de isótopos de deutério

A energia produzida é arbitrária. A maior bomba de fusão nuclear já detonada foi a Tsar Bomb, pela antiga União Soviética, cujo poder destrutivo era de cerca de 50 milhões de toneladas de dinamite.

Réplica exposta da Tsar Bomb, a mais destrutiva arma nuclear já produzida.
Réplica exposta da Tsar Bomb, a mais destrutiva arma nuclear já produzida.

Armas nucleares no Brasil

A Constituição Federal Brasileira de 1988, em seu artigo 21, o qual discorre sobre as competências da União e é cláusula pétrea, apresenta, no inciso XXIII, alínea a, o seguinte:

a) toda atividade nuclear em território nacional somente será admitida para fins pacíficos e mediante aprovação do Congresso Nacional.”

Isso quer dizer que a Carta Magna não permite a produção de armas nucleares em território nacional. O Brasil detém tecnologia nuclear apenas para fins pacíficos, como as duas usinas nucleares em funcionamento no município de Angra dos Reis, Rio de Janeiro, além de um projeto com a França para o desenvolvimento de um submarino nuclear.

Vale lembrar que o Brasil é também signatário de diversos acordos com países e organismos internacionais que selam o compromisso e garantem o uso pacífico da tecnologia nuclear, como o Tratado de Não Proliferação de Armas Nucleares (TNP), em vigor desde 1970 e do qual o país faz parte desde 1998.

Usina Nuclear de Angra dos Reis, localizada no município de mesmo nome, no Rio de Janeiro.
Usina Nuclear de Angra dos Reis, localizada no município de mesmo nome, no Rio de Janeiro.

Outro acordo mais moderno, o Tratado de Proibição de Armas Nucleares (TPAN), teve o Brasil como agente ativo em sua elaboração, além de ser o primeiro país a assiná-lo, em 2017. Contudo,  apesar da assinatura e com o TPAN em vigor desde janeiro de 2021, o acordo ainda não foi ratificado pelo Congresso Nacional Brasileiro, algo que é alvo de crítica por parte de especialistas.

Mesmo com a legislação deixando clara a finalidade pacífica da exploração da energia nuclear, alguns agentes políticos já discutiram a possibilidade do Brasil desenvolver armas atômicas, como foi o caso do então ministro da Ciência e Tecnologia Roberto Amaral, no ano de 2003. Pouco depois, Amaral acabou pedindo demissão e, à época, supôs-se como motivo o desgaste causado por suas declarações.

Confira no nosso podcast: Como funcionam as usinas nucleares?

Armas nucleares no mundo

Segundo levantamento da Federação de Cientistas Americanos (do inglês, Federation of American Scientists - FAS), nove países possuíam cerca de 13.100 ogivas no início de 2021, sendo que aproximadamente 91% delas se concentram na Rússia e nos Estados Unidos.

Dessas 13.100 ogivas, cerca de 9600 estão em estoques militares para uso com mísseis, aeronaves, embarcações e submarinos. As demais estão em desuso, porém intactas e aguardando desmontagem.

Das 9600 ogivas de estoques militares, cerca de 3800 estão implantadas com forças operacionais (em mísseis ou bases de bombardeiros). Outras 2000, pertencentes aos Estados Unidos, Rússia, Reino Unido e França, estão em alerta máximo, ou seja, prontas para uso em curto prazo.

Gráfico mostra estoque global de ogivas nucleares

O poder das armas nucleares

As armas nucleares podem ser desenvolvidas com diversas potências. A unidade mais utilizada é a que correlaciona a quantidade de TNT que produziria a mesma quantidade de energia da ogiva nuclear, quase sempre um múltiplo de toneladas (t) de TNT.

A bomba atômica utilizada na cidade de Nagasaki, a Fat Man, possuía um poder de 20 kt de TNT, ou seja, um poder destrutivo equivalente a 20 mil toneladas de TNT. Já a Tsar Bomba, uma bomba de hidrogênio desenvolvida e testada pela União Soviética, possuía 50 Mt de TNT, ou seja, o equivalente a 50 milhões de toneladas de TNT. Deve-se salientar que a Tsar Bomba foi inicialmente desenvolvida com um poder de 100 Mt de TNT, contudo, teve seu poder energético diminuído por receio das forças russas.

O site Nukemap, do portal Nuclear Secrecy, simula como seria uma explosão causada por uma arma nuclear em qualquer lugar do mundo. Com ele você pode simular, por exemplo, quantas pessoas seriam mortas e feridas com a explosão da Tsar Bomb na sua região, bem como seu raio de impacto e seus efeitos.

Leia também: Einstein e a bomba atômica — a influência do famoso físico para o surgimento de armas nucleares

Consequências das armas nucleares

As consequências de uma arma nuclear (explosão e radiação térmica) são basicamente as mesmas de um explosivo convencional, porém com uma produção de energia significativamente maior, alcançando níveis de temperatura também significativamente maiores. Some isso ao fato das explosões nucleares serem acompanhadas por emissão de radiação de alta energia.

Quando ocorre uma explosão nuclear há, primeiramente, uma liberação imediata de radiação, seguida por uma bola de fogo que rapidamente se desenvolve, emitindo assim radiação térmica (luz e calor). Logo depois, um pulso de altíssima pressão ocorre, conhecido como onda de choque, o qual se propaga em direção às regiões adjacentes à explosão.

Explosão causada pela bomba nuclear Baker, na Operação Crossroads, em 1946, no Atol do Bikini, oceano Pacífico.
Explosão causada pela bomba nuclear Baker, na Operação Crossroads, em 1946, no Atol do Bikini, oceano Pacífico.

Os efeitos de uma explosão nuclear também dependem da potência e do tipo da arma, se uma ou mais armas são utilizadas, se a explosão ocorre no ar, no solo, abaixo do solo, abaixo do mar, em camadas densas da atmosfera (troposfera, por exemplo), em camadas de atmosfera rarefeita (estratosfera), do tipo do terreno e, claro, das condições do tempo.

A energia liberada por uma arma nuclear pode ser dividida em quatro partes:

  • energia da explosão (cerca de 50% da energia);
  • energia da radiação térmica (cerca de 35% da energia);
  • energia da radiação ionizante imediata (cerca de 10% da energia);
  • energia da radiação residual (cerca de 5% da energia).

Quando uma explosão nuclear atinge uma cidade, as consequências são catastróficas. Os danos dependerão de quão distante a região está do hipocentro, ou seja, o ponto de explosão da bomba. Veja, a seguir, um modelo representativo dos danos causados à cidade de Hiroshima a partir do hipocentro.

Modelo representativo dos danos causados à cidade de Hiroshima a partir do hipocentro.

No hipocentro, espera-se que tudo seja instantaneamente vaporizado por conta das altas temperaturas (as quais podem chegar a mais de 300 milhões de graus Celsius). Distanciando-se do hipocentro, a maioria das fatalidades e dos danos será por conta de queimaduras, objetos arremessados devido à onda de choque e exposição aguda à radiação. Danos em regiões mais distantes serão causados por calor, radiação e incêndios causados pela onda de calor.

Além disso, uma chuva de elementos radioativos é formada, a qual pode se manter por dias e até mesmo semanas em regiões bem distantes do hipocentro. As partículas radioativas podem, inclusive, afetar o suprimento de água e serem inaladas ou ingeridas por pessoas mesmo em distâncias consideravelmente distantes do epicentro da explosão.

Leia também: Efeitos das bombas atômicas sobre Hiroshima e Nagasaki

História das armas nucleares

A radioatividade já era de conhecimento da humanidade desde que o cientista francês Henry Becquerel, em 1896, observou a emissão de radiação por parte de sais de urânio. Posteriormente, o casal Marie e Pierre Curie descobriram outros elementos com tais propriedades, então batizadas de radioatividade pela própria Marie Curie. Os pesquisadores Ernest Rutherford e Frederick Soddy também ajudaram no desenvolvimento da área ao elucidarem diversas propriedades da radioatividade e dos elementos radioativos.

Até que, em 1939, pesquisas proporcionaram a observação da fissão do urânio pelos alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann, a qual só foi possível de ser interpretada com significativas e necessárias contribuições da física austríaca Lise Meitner. Meitner, judia, radicou-se na Suécia devido à perseguição nazista e teve seu nome omitido por Hahn, por receio de perseguição na Alemanha. Consequentemente, Meitner não foi laureada com o Prêmio Nobel de Química de 1944, sendo este entregue apenas para Otto Hahn.

Estátua de Lise Meitner, na Universidade de Humboldt, Berlim, Alemanha.
Estátua de Lise Meitner, na Universidade de Humboldt, Berlim, Alemanha. O elemento meitnério (Mt) foi batizado em sua homenagem.[1]

Durante a Segunda Guerra Mundial, o físico dinamarquês Niels Bohr foi um dos primeiros cientistas aliados a tomar conhecimento de que os alemães tinham obtido a fissão do urânio, causando nele uma profunda preocupação de que tal fenômeno fosse usado em uma arma. Tal preocupação foi ainda mais aguçada depois de Bohr receber a visita do cientista alemão Werner Heisenberg, na Dinamarca, também ocupada pelos nazistas, em que ele entregou a Bohr documentos que continham dados do programa atômico alemão.

Temendo perseguição nazista, Niels Bohr fugiu para os Estados Unidos, onde pôde se encontrar com Albert Einstein. Bohr advertiu Einstein de que os países do Eixo (Alemanha, Itália e Japão) tinham o conhecimento teórico científico suficiente para a construção de uma bomba. Como consequência desse encontro, Einstein se encontrou com o presidente norte-americano Franklin Roosevelt, e o alertou para tal fato.

Apesar dos países Aliados terem percebido que os dados do programa atômico alemão demonstravam inadequações, ficou-se a dúvida se isso seria uma farsa para mascarar os progressos alemães. Posteriormente, ao fim da Segunda Guerra, nove dos principais físicos alemães, entre eles Heisenberg e Hahn, foram mantidos sob custódia na Inglaterra, e conversas e documentos secretos então obtidos indicaram que o programa nuclear nazista não havia sido capaz de produzir bombas atômicas, confirmando que os dados apresentados por Bohr estavam corretos.

Em 1941, ainda sem saber que os alemães não tinham noção de produção de uma arma nuclear, os Estados Unidos entram na Segunda Guerra Mundial e criaram o famoso Projeto Manhattan, com um custo de dois bilhões de dólares e marcado como a maior concentração de cientistas já reunida para trabalhar em um tema só. No projeto, cientistas de diversas nacionalidades, inclusive fugitivos do regime nazifascista, trabalharam em prol do desenvolvimento de uma bomba norte-americana.

Em 2 de dezembro de 1942, iniciou-se então a era atômica, com a operação do primeiro reator nuclear na Universidade de Chicago, construído sob supervisão do físico italiano Enrico Fermi. Já a conversão da reação controlada no reator em uma arma foi realizada nos laboratórios secretos de Los Alamos, no Novo México, sob o comando do físico J. Robert Oppenheimer.

Em 16 de julho de 1945, foi realizado o primeiro teste com uma bomba atômica, na localidade do deserto de Alamogordo, a chamada Experiência Trinity. O potencial explosivo da bomba levou o físico Leo Szilard a enviar uma petição assinada por centenas de cientistas ao presidente Roosevelt, exigindo controle internacional das armas atômicas.

Explosão de bomba atômica durante a Experiência Trinity, o primeiro teste nuclear da história, em 16 de julho de 1945.
Explosão de bomba atômica durante a Experiência Trinity, o primeiro teste nuclear da história, em 16 de julho de 1945.

Contudo, os esforços de Szilard e outros cientistas se mostrou em vão, pois, em 6 de agosto de 1945, os Estados Unidos lançaram a bomba Little Boy sobre a cidade japonesa de Hiroshima, vitimando cerca de 80 mil pessoas. Três dias depois, no dia 9 de agosto, os Estados Unidos lançaram mais uma bomba, Fat Man, agora sobre a cidade japonesa de Nagasaki, vitimando cerca de 40 mil pessoas.

Vista aérea da área 100-B com o Reator B, o primeiro reator nuclear de larga escala, construído durante Projeto Manhattan.
Vista aérea da área 100-B com o Reator B, o primeiro reator nuclear de larga escala, construído durante Projeto Manhattan.

Ao fim da Segunda Guerra Mundial, durante o período da Guerra Fria, em 1949, os soviéticos explodiram seu primeiro armamento nuclear. Como os soviéticos já possuíam tecnologia para a produção de bombas atômicas, os Estados Unidos, em 1952, investiram na produção de bombas de hidrogênio, sendo então novamente alcançados pela União Soviética no ano seguinte.

Com o tempo, outros países foram iniciando seus testes nucleares, como Inglaterra (1952), França (1960) e China (1964). Não demorou para que setores da sociedade temessem por uma extinção causada por uma possível guerra nuclear, criando-se fortes campanhas pelo fim dos testes e armas nucleares. Embora o fim da União Soviética, em 1989, tenha acalmado os ânimos de uma possível guerra nuclear, por vezes países inimigos realizam testes nucleares como forma de demonstração de força, deixando a comunidade internacional sempre em alerta.

Créditos da imagem

[1] mikluha_maklai / Shutterstock.com

 

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

NOVAIS, Stéfano Araújo. "Armas nucleares"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/armas-nucleares-como-tudo-comecou.htm. Acesso em 26 de outubro de 2021.

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