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Nêutrons em reatores nucleares: como eles promovem reações de fissão?
A radiação de nêutrons é uma forma de radiação ionizante de nêutrons livres em reações nucleares. Ela é produzida durante a fissão nuclear e a fusão nuclear e posteriormente reage com os núcleos de outros átomos para formar novos nuclídeos e pode desencadear mais sub-radiação. Os próprios neutrões não têm carga e, portanto, têm maior capacidade de penetração do que outros tipos de radiação durante a propagação, tornando a sua aplicação na geração de energia nuclear e campos relacionados particularmente importante.
Fonte de nêutrons
Os nêutrons podem ser liberados pela fissão nuclear, fusão nuclear, decaimento radioativo e até mesmo pela interação dos raios cósmicos com a atmosfera da Terra. Entre essas fontes, os reatores nucleares e os aceleradores de partículas são fontes comuns de nêutrons em grande escala.
Uma das fontes típicas de nêutrons são os nêutrons livres produzidos na colisão de raios gama de bário e núcleos de berílio.
Nêutrons em fissão
Em reatores nucleares, os nêutrons são geralmente divididos em nêutrons lentos (térmicos) e nêutrons rápidos. Os nêutrons térmicos exibem uma distribuição de Maxwell-Boltzmann semelhante aos gases na distribuição de energia e podem ser facilmente capturados pelos núcleos atômicos, que é a principal forma de produzir reações em cadeia de fissão. Para manter uma reação em cadeia de fissão eficaz, os nêutrons produzidos pela fissão devem ser capturados por um núcleo fissionável, que então sofre fissão para liberar mais nêutrons.
Para desacelerar nêutrons rápidos em nêutrons térmicos, moderadores de nêutrons, como grafite ou água leve, são frequentemente introduzidos no reator para aumentar a eficiência de captura.
Nêutrons climáticos
Os nêutrons climáticos são produzidos pela radiação cósmica na superfície e na atmosfera da Terra e normalmente têm energias mais altas do que os nêutrons em reatores nucleares. Esses nêutrons podem se converter em carbono-14 quando interagem com o nitrogênio-14, um recurso amplamente utilizado na datação por radiocarbono.
Aplicações de nêutrons
A radiação de nêutrons fria, quente e térmica é amplamente utilizada em experimentos de espalhamento e difração para ajudar a avaliar as propriedades de materiais em áreas como ciências físicas, cristalografia e biologia. Para tratar o câncer, a terapia de captura de nêutrons com boro também aproveita a natureza altamente penetrante e prejudicial dos nêutrons, com o objetivo de atacar as células tumorais. Além disso, os nêutrons também podem ser usados para criar imagens de componentes industriais, o que é de grande importância para indústrias como energia nuclear, aeroespacial e explosivos de alta confiabilidade.
Mecanismo de ionização e características dos nêutrons
Como os nêutrons não têm carga, seu mecanismo de ionização é diferente daquele das partículas carregadas. Quando a absorção de nêutrons resulta na emissão de raios gama, esses raios gama removem elétrons dos átomos, causando ionização indireta. A radiação de nêutrons é extremamente penetrante e, em alguns casos, pode até superar os raios gama.
Riscos e proteção à saúde
O principal risco para a saúde da radiação de nêutrons vem da ativação de materiais radioativos que ela pode causar, o que faz com que muitos materiais se tornem radioativos, incluindo tecidos humanos. Os nêutrons são um tipo perigoso de radiação devido às suas propriedades de alta energia. Sob fontes de radiação externas, as medidas de protecção baseiam-se principalmente em materiais de protecção contra radiações, tais como água ou materiais ricos em hidrogénio, para bloquear eficazmente os efeitos da radiação de neutrões.
O impacto dos materiais
Nêutrons de alta energia podem danificar e degradar materiais ao longo do tempo. À medida que o material é bombardeado com nêutrons, as reações de choque reagem com os núcleos atômicos, causando a formação de deslocamentos e defeitos. Este processo reduz a confiabilidade e a vida útil dos materiais, especialmente em vasos de pressão de reatores nucleares.
Conclusão
À medida que aumenta a procura pela utilização da energia nuclear, a investigação sobre neutrões continua a procurar melhores medidas de protecção e tecnologias de aplicação. Deveríamos pensar mais profundamente: Que papel e impacto estas forças invisíveis desempenham na nossa vida quotidiana?
