Enriquecendo Urânio com Lasers

Talvez você já tenha ouvido falar que para fazer uma bomba atômica não dá para usar o urânio mais comum na natureza, mas sim um isótopo mais instável dele. Um isótopo de um elemento é um átomo com o mesmo número de prótons no núcleo mas um número diferente de nêutrons. Por exemplo um átomo de urânio tem 92 prótons no núcleo, e seu isótopo mais estável, o U238 tem 146 nêutrons (92+146=238, ou seja o número do lado do U é a massa total do núcleo). Os nêutrons estão lá para evitar que a repulsão elétrica entre os prótons arrebente o núcleo.

Para fazer uma bomba como a de Hiroshima nós precisamos de um urânio que seja mais instável, como por exemplo o U235 que tem 143 nêutrons. Esses nêutrons a menos fazem dele mais radioativo, isso é ele tem maior chance de passar pela fissão nuclear, quando um núcleo se divide em outros menores liberando energia. O chato é que 99% no urânio na natureza é do tipo U238 e apenas 0.7% é U235. Para fazer uma usina de energia é necessário ter pelo menos 3% de U235, enquanto para fazer uma bomba precisamos de algo como 80% do isótopo mais leve. O processo de começar com urânio normal com 0.7% de isótopo útil e passar às concentrações maiores é chamado de enriquecimento.

“Mas Cesar, que coisa de fascista louco é essa de falar de enriquecimento de isótopos e de fazer bombas” você me diz. É que a existência de armas nucleares deu uma fama horrível para a física nuclear como um todo, a ponto de que é impossível ter uma discussão séria sobre energia nuclear. Mas cabe lembrar que a medicina usa isótopos radioativos de outros elementos, como o Tecnécio, para fazer imagens em diagnósticos de doenças ou para o tratamentos como radioterapia. Então saber enriquecer e produzir isótopos radioativos é bem importante.

Ok, e agora sobre o tema do post. Normalmente para se separar os isótopos você usa uma centrífuga, faz um gás chamado hexafluoreto de urânio, coloca na máquina, põe pra girar, e o gás feito do isótopo mais pesado vai para a parte externa do cilindro e o gás com isótopos mais leves para a parte interna. Exatamente a mesma idéia de analisar amostras de sangue, põe na centrífuga e ela separa o plasma das células.

O problema dessa técnica é que no caso do sangue a diferença de peso entre a parte celular e o plasma é uns 20%, já no caso do urânio é menor que 1%. Assim, você precisa de um complexo industrial enorme para enriquecer em proporções úteis. Mas e se desse para fazer a mesma coisa na garagem de casa usando lasers?

A idéia por trás é utilizar o fato de que cada elemento absorve diferentes cores de luz. Então você começa com uma amostra de urânio, esquenta até virar vapor e atira um laser na direção do gás. A diferença entre as cores que o U238 e o U235 absorvem é muito pequena, mas com os avanços recentes é possível sintonizar a frequência em cima do urânio mais leve, de forma que apenas esse isótopo interaja com a luz. Absorvendo a luz ele perde um elétron e o isótopo antes neutro agora fica eletricamente carregado positivamente porque perdeu a carga negativa do elétron. Agora é só usar um campo elétrico para retirar os átomos carregados, em maior quantidade de urânio 235 e pronto, você enriqueceu urânio com uma amostra de gás e um laser.

Figura ilustrativa do processo de separação a laser - Imagem do Laboratório Nacional Lawrence Livermore

Figura ilustrativa do processo de separação a laser – Imagem do Laboratório Nacional Lawrence Livermore

Parece genial, mas no final foi considerado que essa tecnologia é imprática para enriquecer urânio e tudo foi abandonado em 1999. Mas recentemente melhorias na técnica com laser renovaram essa discussão. Entenda, existem poucas instalações no mundo que geram isótopos de elementos mais leves para aplicação em medicina, e caso uma pare de funcionar o preço dos isótopos só vai aumentar, encarecendo os tratamentos. A tecnologia do laser melhorada seria uma alternativa barata para produzir esses isótopos para as aplicações em medicina, substituindo uma tecnologia antiga e potencialmente barateando o custo dos tratamentos. A questão é se alguém vai descobrir uma forma de usar essa tecnologia para enriquecer urânio de forma barata, o que parece improvável hoje, mas nunca se sabe.

Sério, enriquecimento de urânio, lasers, os cientistas pro detrás desse projeto estão a um corte de cabelo horrível de serem os vilões do próximo filme do James Bond

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