A fissão envolve a divisão de átomos; fusão é combiná-los.

A fissão e a fusão são processos atômicos naturais que liberam quantidades incríveis de energia, mas, em muitos aspectos, são opostos. A fissão envolve a divisão de um único núcleo atômico, geralmente pesado, enquanto a fusão requer a combinação de dois ou mais átomos leves. 

Impressão artística gerada por computador da fissão. Crédito da imagem: Getty Images

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Os átomos incluem prótons e nêutrons unidos em um núcleo central. Elementos radioativos, como o urânio, podem conter dezenas dessas partículas em seus corações atômicos. 

A fissão ocorre quando elementos pesados, como o urânio, se decompõem espontaneamente, o que faz com que seus núcleos se dividam. Cada uma das metades resultantes tem um pouco menos massa do que o núcleo atômico original, e a massa que falta é convertida em energia.

Os físicos Lise Meitner e Otto Frisch descobriram os princípios subjacentes à fissão depois de receber uma carta privada do químico nuclear Otto Hahn em dezembro de 1938. Os experimentos de Hahn mostraram que átomos de urânio bombardeados com nêutrons se dividem, e Meitner e Frisch usaram a nova ciência da mecânica quântica para explicar por que isso acontece.

Todos os três cientistas logo perceberam as terríveis implicações de sua descoberta, que estava acontecendo sob a sombra da Segunda Guerra Mundial. Uma única instância de fissão pode liberar uma quantidade relativamente pequena de energia, mas muitas reações de fissão que acontecem ao mesmo tempo têm o potencial de ser bastante destrutivas se usadas para desenvolver algo como uma bomba atômica.

FISSÃO NUCLEAR PARA ENERGIA E ARMAS

Quando um átomo de urânio passa naturalmente por fissão, ele libera um nêutron que vai girar. Se esse nêutron atingir outros átomos de urânio próximos, eles também se dividirão, criando uma reação em cadeia em cascata. Em 1951, engenheiros construíram a primeira usina de energia aproveitando o processo de fissão nuclear para produzir energia, de acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos.  

Em uma usina nuclear, esse processo é cuidadosamente controlado. A fissão libera calor, que ferve a água e gera vapor que faz girar uma turbina.

Mas, em uma bomba atômica, a reação em cadeia em cascata sai do controle, com a fissão acontecendo a uma taxa cada vez maior. Isso libera uma quantidade enorme de energia em um curto espaço de tempo, gerando a explosão devastadora da bomba. 

POR QUE A FUSÃO NÃO PRODUZ ENERGIA, AINDA

O núcleo de plasma do Reator Termonuclear Experimental Internacional está na metade. Este é o complexo tokamak, que abrigará um plasma 10 vezes mais quente que o sol, quando estiver completo. Crédito da imagem: ITER

A fusão, ao contrário, ainda não foi totalmente desenvolvida como fonte de energia humana. Na fusão nuclear, dois núcleos de um elemento leve, como o hidrogênio, devem superar sua repulsão eletromagnética natural e se fundir em um único núcleo mais pesado. 

A entidade resultante é ligeiramente menos massiva do que os dois núcleos originais e, assim como na fissão, essa massa ausente é convertida em energia. Mas gerar energia suficiente para esmagar átomos até que eles se unam não é fácil e geralmente requer que o ambiente extremo no interior de uma estrela aconteça.

Os engenheiros há muito sonham em fazer reações de fusão sustentadas aqui na Terra. A energia de fusão produziria menos lixo nuclear do que a fissão e usa elementos leves relativamente comuns, como hidrogênio, ao invés de urânio que é mais raro, como suprimento de combustível, de acordo com a Agência Internacional de Energia Atômica.

Mas criar e manter a fusão é difícil. Um experimento internacional para testar a viabilidade do uso de fusão nuclear sustentada para produzir energia construiu um ímã tão alto quanto um prédio de quatro andares e 280.000 vezes mais poderoso que o campo magnético da Terra, como parte do Reator Termonuclear Experimental Internacional (ITER). 

Mas o ITER, uma parceria científica entre 35 países, sofreu vários atrasos durante sua construção e não se espera que gere mais energia do que do que a que consuma até pelo menos 2030. 

RECURSOS ADICIONAIS

• Confira esta tabela útil que lista a diferença entre fissão e fusão, do Chemistry LibreTexts. 
• Assista a este vídeo do Departamento de Energia dos EUA resumindo como funcionam a fissão e a fusão. 
• Saiba mais sobre o experimento ITER no site do projeto. 

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Referência: 

MANN, Adam. Fission vs. fusion: What's the difference? Live Science, 09, jul. 2021. Disponível em: <https://www.livescience.com/fission-vs-fusion.html>. Acesso em: 21, ago. 2021.