13.352 – Arma de Guerra – A Bomba de Hidrogênio


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A bomba termonuclear, é um tipo de armamento que consegue ser até 50 vezes mais forte do que qualquer bomba nuclear de fissão.
Hans Albrecht Bethe (1906-2005) foi um dos responsáveis pelas descrição de como a fusão nuclear podia produzir a energia que faz as estrelas brilharem. Esta teoria foi publicada no seu artigo A Produção de Energia das Estrelas, publicado em 1939, e que lhe valeu o prêmio Nobel em 1967.

Hans Bethe tomou os melhores dados das reações nucleares existentes e mostrou, em detalhe, como quatro prótons poderiam ser unidos e transformados em um núcleo de hélio, libertando a energia que Eddington havia sugerido. O processo que Bethe elaborou no seu artigo, atualmente conhecido como o Ciclo do carbono, envolve uma cadeia complexa de seis reações nucleares em que átomos de carbono e nitrogênio agem como catalisadores para a fusão nuclear. Naquela época, os astrônomos calculavam que a temperatura no interior do Sol fosse de cerca de 19 milhões de Kelvin, e Bethe demonstrou que, àquela temperatura, o ciclo do carbono seria o modo dominante de produção de energia.

Na mesma época, além de Hans Bethe, o físico alemão Carl Friedrich von Weizäcker (1912-2007) e Charles Critchfield (1910-1994) identificaram várias das reações de fusão nuclear que mantêm o brilho das estrelas.

A descoberta da fissão nuclear ocorreu a 10 de dezembro de 1938 e foi descrita num artigo submetido ao Naturwissenchaften a 22 de dezembro de 1938, pelos alemães Otto Hahan (1879-1968) e Fritz Strassmann (1902-1980) e pela austríaca Lise Meitner (1878-1968).

O italiano Enrico Fermi (1901-1954) foi uma das pessoas mais importantes no desenvolvimento teórico e experimental da bomba atômica. Quando Benito Mussolini (1883-1945) aprovou o Manifesto della Razza a 14 de Julho de 1938, impondo leis racistas na Itália fascista, Enrico decidiu aceitar o emprego oferecido pela Columbia University, nos Estados Unidos. Ele e a sua família partiram de Roma para a cerimônia de entrega do Prémio Nobel a Fermi em Dezembro de 1938 e nunca retornaram à Itália. O Nobel foi-lhe dado por seu estudo sobre a radioatividade artificial, com as suas experiências de bombardeamento de urânio com neutrões, criando novos elementos mais pesados, e o seu aumento pela redução da velocidade dos neutrões. Fermi havia descoberto que quando ele colocava uma placa de parafina entre a fonte de neutrões e o urânio, aumentava a radioactividade, pois aumentava a chance do neutrão ser absorvido pelo núcleo de urânio.

Em 1934, o húngaro Leo Szilard (1898-1964) já havia patenteado a ideia da reação em cadeia e, a 2 de dezembro de 1942, Fermi conseguiu construir uma massa crítica de U235/U238 não separados (na natureza somente 0,7% são do U235 que é ativo), usando grafite para reduzir a velocidade dos neutrões e acelerar a produção de neutrões secundários. Na experiência, ele utilizou barras de cádmio como absorventes de neutrões para regular a experiência e produziu um crescimento exponencial do número de neutrões, isto é, uma reação em cadeia.

Em 1939, os físicos já sabiam que água pesada agia como um moderador, isto é, redutor de velocidade dos neutrões, como a parafina. A água normal (leve) consiste de dois átomos de hidrogênio (H) e um átomo de oxigênio (O). Na água pesada, dois isótopos de hidrogênio, deutério, unem-se com o oxigênio. Água pesada é ainda hoje utilizada como moderador em reatores nucleares de urânio natural.

Em 1939, Szilard convenceu Albert Einstein (1879-1955), um importante físico, com quem ele tinha trabalhado em 1919 em Berlim, a mandar uma carta para o presidente americano Franklin Delano Roosevelt (1933-1945) sobre o desenvolvimento pelos alemães de armas atômicas e pedindo ao presidente que iniciasse um programa americano, que mais tarde se chamaria Projecto Manhattan, chefiado pelo americano Julius Robert Oppenheimer (1904-1967), e levaria ao desenvolvimento do Los Alamos National Laboratory, ao teste Trinity, a 16 de Julho de 1945, com a explosão da primeira bomba atômica em Alamogordo, no Novo México, e à construção das bombas Little Boy (de 20 mil toneladas de T.N.T – 20 KiloTons) e Fat Man, que seriam utilizadas em Hiroshima e Nagasaki em 6 e 9 de Agosto de 1945.

O húngaro Edward Teller (1908-2003), sob protestos de Fermi e Szilard, chefiou o desenvolvimento da bomba de fusão de hidrogênio, que utiliza uma bomba de fissão como gatilho para iniciar a colisão do deutério com o trítio. A bomba de hidrogênio, Ivy Mike (com intensidade equivalente à detonação de 10,4 megatoneladas de T.N.T.) foi testada a 31 de Outubro de 1952, em Eniwetok.

A primeira bomba de hidrogênio explodiu durante uma experiência feita pelos Estados Unidos em 1952. Detonou com uma força de dez megatons, igual à explosão de dez milhões de toneladas de TNT, um forte explosivo convencional. A potência desta terrível arma mostrou ser 750 vezes superior à das primeiras bombas atômicas e suficiente para arrasar qualquer grande cidade.

Em 1961, a Rússia experimentou a bomba mais poderosa até então concebida (apelidada de Tsar Bomba), à qual foi atribuída uma força de 57 megatons. Inicialmente, a Tsar era uma bomba de 100 megatons. Porém, temendo que a explosão resultasse em uma tempestade radioativa que atingiria a Europa ou o próprio território russo, sua potência foi reduzida pela metade.
Já o teste nuclear mais potente realizado pelos Estados Unidos foi o Castle Bravo, realizado no dia 1 de março de 1954. O projeto da bomba previa um rendimento de 6 Megatons, mas devido a um erro de cálculo, explodiu com uma força de 15 MT.

Explicação científica
Na bomba de hidrogênio, um disparador de bomba atômica inicia uma reação de fusão nuclear num composto químico de deutério e trítio, produzindo instantaneamente o hélio-4, que por sua vez reage com o deutério. Porém, os cientistas militares foram mais além, no que diz respeito ao poder destrutivo da bomba, envolvendo-a em urânio natural. Os poderosos neutrões libertos pela fusão causam depois uma explosão por fissão nuclear no invólucro de urânio.

Para que uma reação nuclear ocorra, as partículas precisam vencer a Barreira de Coulomb repulsiva entre as partículas (descoberta por Charles Augustin de Coulomb, 1736-1806), dada por- enquanto que a energia cinética entre as partículas é determinada por uma distribuição de velocidades de Maxwell-Boltzmann correspondente à energia térmica.

A astrofísica demonstrou que as leis físicas que conhecemos na nossa limitada experiência na Terra são suficientes para estudar completamente o interior das estrelas. Desde as descobertas de Bethe, o cálculo de evolução estelar através da união da estrutura estelar com as taxas de reações nucleares tornou-se um campo bem desenvolvido e astrônomos calculam com confiança o fim de uma estrela como o nosso Sol daqui a 6,5 bilhões de anos como uma anã branca, após a queima do hélio em carbono pela reação.
A maior bomba de hidrogênio detonada pelo homem teve um poder de destruição 4000 vezes superior ao da bomba de Hiroshima.

13.351 – Mega Memória – Eles foram fundamentais para a Ciência


Rasis (854-925)
O árabe que habitava a antiga Pérsia (atual Irã) é conhecido como o Pai da Pediatria por ter escrito o primeiro livro sobre doenças infantis. Rasis, contudo, foi muito além. Ele ajudou a demonstrar que as enfermidades tinham origens orgânicas, e não eram obra do destino ou de poderes sobrenaturais.
O médico também foi quem descobriu a diferença entre a varíola e o sarampo e entendeu que a febre é uma resposta do corpo para alguns tipos de infecção. Além disso, Rasis foi um dos pioneiros no uso de gesso em ataduras e no debate da ética médica.

Al-Battani (858-929)
Astrônomo e matemático, o árabe Al-Battani foi responsável por desenvolver ideias que substituíram as de Ptolomeu (90-168), que imperavam até então. Foi responsável por desenvolver tabelas que previam a posição do Sol, da Lua e dos planetas de forma muito precisa. As “Tabelas Sabianas”, como eram chamadas, influenciaram muito o mundo latino e seu trabalho foi reconhecido por Copérnico, 600 anos após sua morte.
Outra curiosidade é que Al-Battani calculou com precisão incrível a duração do ano terrestre: 365 dias, 5 horas, 46 minutos e 24 segundos, que hoje é estimada em 365 dias, 5 horas, 48 minutos e 45 segundos. Também descobriu que as distâncias entre os astros do Sistema Solar variam de acordo com a época, o que o possibilitou prever fenômenos como os eclipses.

Pierre de Fermat (1601-1665)
Foi um dos responsáveis por trazer a “teoria dos números” como algo interessante para o Ocidente. Fermat só trabalhava com números inteiros, se recusando a aceitar frações. Desenvolveu um sistema de coordenadas e por isso é um dos pais da geometria analítca, além de ter ajudado Blaise Pascal a entender um pouco melhor as probabilidades.
O matemático, no entanto, não foi tão valorizado enquanto viveu. Muitas de suas ideias ajudaram a formar a teoria moderna dos números, dentre elas o chamado Pequeno Teorema de Fermat e o Último Teorema de Fermat, que só foi comprovado em 1995.

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Alessandro Volta (1745-1827)
O cientista italiano foi um dos responsáveis por preparar o terreno para o advento da pilha. Volta acreditava fez testes bem sucedidos com zinco, cobre e um líquido condutor de eletricidade.
Sua experiência então foi usada por outros especialistas para a produção de eletricidade. Tempos depois provaram que o que resultava na corrente elétrica era uma reação química que ocorria na pilha.

Rudolf Virchow (1821-1902)
Alemão nascido na Pomerânia, Virchow defendeu que as doenças iniciam-se nas células: “Pensem microscopicamente”, dizia. Seus estudos foram base para o advento da patologia moderna e é conhecido como Pai da Saúde Pública, por entender que muitas doenças têm na pobreza a sua causa.
Virshow foi pioneiro no estudo da oncologia e o primeiro a descrever corretamente um caso de leucemia (câncer no sangue). Também descobriu outros tipos de doenças malignas, como câncer de estômago — um dos sintomas da doença é conhecido como “gânglio de Virchow”.

Henri Poincaré (1854-1912)
O matemático participou de uma competição feita em 1887 pelo Rei Oscar 2º da Suécia que buscava explicar o funcionamento do Sistema Solar, uma variação do problema da física conhecido como problema dos três corpos.
Ele concluiu que a evolução do sistema é confusa, já que uma pequena mudança nos movimentos iniciais de um astro pode impactar diretamente seu futuro.
Sua explicação foi o suficiente para que Poincaré ganhasse o prêmio e acabou gerando o que seria a origem dos estudos da Teoria do Caos que, por sua vez, só foi desenvolvida 1960.

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Florence Bascom (1862-1945)
Bascom foi a primeira geóloga dos Estados Unidos e, por isso, abriu caminho para inúmeras mulheres na área. A cientista tinha o apoio dos pais e, ao se deparar com um professor que não apoiava o ensino misto na Universidade de Wisconsin, persistiu até conseguir vaga na Universidade John Hopkins, em Baltimore.
Tornou-se autoridade em rochas formadas por cristalizações na região de Piedmont, na Pensilvânia, e em locais de Delaware e Nova Jérsei. Descreveu muitas estruturas geológicas da região e é até hoje referência nos estudos da área.

Rachel Carson (1907-1964)
A ecologista e bióloga Rachel Carson foi a primeira pessoa a considerar que um pesticida direcionado a uma espécie de erva, inseto ou animal daninho pode prejudicar todo o meio ambiente ao seu redor.
Ela explicou que esses venenos poderiam penetrar o habitat e impactar a vida de outras espécies que vivem no mesmo local, o que pode ter efeito terrível a longo prazo. Carson chamou esses produtos de “biocidas” e identificou mais de 200 substâncias potencialmente prejudiciais para outras espécies.
Foi a primeira a pensar no meio ambiente como algo holístico, e entendeu que pesticidas poderiam afetar até mesmo a alimentação humana. A ecologista ainda serviu de inspiração para a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos e incutiu ideias como a de “ecossistema” na opinião pública.

Ahmed H. Zewail (1946-2016)
O egípcio naturalizado americano percebeu na década de 1970 que lasers de pulsos ultracurtos poderiam “fotografar” reações químicas. Isso foi revolucionário, já que essas atividades são extremamente rápidas — os átomos levam menos de cem femtossegundos para se organizarem, o que é muito veloz, levando em consideração que um femtosegundo é o equivalente a aproximadamente 10^-15 segundo.
Zewail usou a tecnologia para aplicar os raios de luz em determinada substância e observar seu comportamento. Sua descoberta permite que as estruturas sejam analisadas, o que revolucionou a físico-química, já que agora é possível “ver” o que ocorre com o material estudado.