Em 25 de agosto de 2012 , a cerca de 11 bilhões de milhas (18 bilhões de quilômetros) de distância do Sol, a sonda Voyager 1 da NASA deixou a heliosfera , indo corajosamente onde nenhum objeto havia ido antes. Ao cruzar essa fronteira, a Voyager 1 viajou além do sistema solar e entrou no espaço interestelar , uma história inédita.
Olhe para a linha inferior de uma tabela periódica (tradicional) e você encontrará o elemento que tornou essa aventura cósmica possível: o plutônio.
O que é plutônio?
Identificado pela primeira vez na década de 1940, o plutônio tem sido usado para fins criativos e destrutivos. O falecido físico John Goffman certa vez chamou o plutônio de "o elemento do senhor do inferno". Um linguista pode estar inclinado a concordar.
Mas primeiro um pouco mais sobre esse elemento. Cada átomo de plutônio contém 94 prótons. Em contraste, existem apenas 92 prótons por átomo de urânio e 93 em cada átomo de neptúnio.
Como esses dois elementos foram nomeados em homenagem aos antigos deuses - e planetas - Urano e Netuno , o plutônio recebeu o mesmo tratamento.
"O plutônio foi descoberto por Glenn Seaborg e colegas de trabalho no Berkeley Laboratory (CA) no final de 1940", disse Peter C. Burns, químico da Universidade de Notre Dame, por e-mail.
Dez anos antes , os astrônomos haviam observado um novo planeta anão perto de Netuno. Para homenagear o deus romano do submundo, foi apelidado de "Plutão". E o nome do plutônio deriva desse corpo celestial.
Originalmente, Seaborg e companhia eram capazes de produzir plutônio usando um acelerador de partículas de ciclotron em Berkeley. Com este dispositivo, partículas chamadas "deuterons" foram disparadas contra uma amostra de urânio. O experimento criou uma pequena quantidade de neptúnio, que então se tornou plutônio por meio de um processo de decomposição .
A primeira amostra de plutônio pesável foi criada na Universidade de Chicago em 20 de agosto de 1942. A essa altura, alguns grupos já haviam reconhecido o potencial militar do elemento.
Os átomos de plutônio sempre vêm com 94 prótons. Mas a contagem de nêutrons pode variar, e os químicos se referem a essas variações como " isótopos ". O urânio também possui isótopos. Um deles, chamado urânio-235 (U-235), foi logo identificado como uma fonte potencial de combustível para bombas atômicas. Pouco depois de sua descoberta, o plutônio entrou na conversa como outra forma de fornecer energia para armas nucleares. A Era Atômica estava prestes a começar.
Hoje, para todos os efeitos práticos, existem dois tipos de plutônio: para reatores e para armas. Plutônio foi o ingrediente-chave por trás do "Fat Man", a bomba nuclear que dizimou Nagasaki, Japão, em 1945, matando dezenas de milhares de pessoas e efetivamente encerrando a Segunda Guerra Mundial.
Plutônio e armas
O plutônio usado para fins militares é recuperado do combustível de urânio que foi irradiado por dois a três meses em um reator de produção de plutônio. Demora cerca de 22 libras (10 quilogramas) de isótopo quase puro de plutônio-239 (Pu-239) para fazer uma bomba. Esse tipo de bomba requer 30 megawatts-anos de operação do reator nuclear, com constantes trocas de combustível e reprocessamento do combustível "quente", segundo a Associação Nuclear Mundial . É por isso que o plutônio "para armas" é feito em reatores especiais que aumentam a concentração dos isótopos superiores do plutônio.
A primeira explosão de bomba atômica na Terra ocorreu em 16 de julho de 1945. Foi no Novo México e foi forte o suficiente para ser sentida a 160 quilômetros de distância. Era parte do ultrassecreto " Teste Nuclear da Trindade " do Projeto Manhattan na Cordilheira de Bombardeios de Alamogordo. O dispositivo em questão tinha um núcleo de plutônio; nenhuma bomba nuclear à base de urânio foi implantada para o experimento.
Posteriormente, os EUA lançaram uma bomba nuclear U-235 sobre a cidade japonesa de Hiroshima em 6 de agosto de 1945. Três dias depois, os EUA lançaram uma segunda bomba apelidada de "Homem Gordo" em Nagasaki. Assim como a arma testada no Novo México naquele verão, a bomba de Nagasaki dependia do plutônio.
“Nunca se saberá com certeza quantas pessoas morreram em conseqüência do ataque atômico a Nagasaki”, relata o site oficial do Departamento de Energia dos Estados Unidos . De acordo com sua melhor estimativa, "40.000 pessoas morreram inicialmente, com mais 60.000 feridas". Nos próximos meses e anos, o total final de mortes pode ter subido para 140.000 ou mais. O Parque da Paz de Nagasaki hospeda uma cerimônia anual para homenagear suas memórias todo mês de agosto.
O maior problema hoje com o estoque de plutônio para armas é o que fazer com ele. Estima-se que os EUA tenham atualmente 96,6 toneladas (87,7 toneladas métricas) de plutônio - e um problema de armazenamento. Grande parte dela está atualmente armazenada em um prédio em Savannah River Site, na Carolina do Sul.
Plutônio e energia
Hoje, mais de um terço da energia produzida nas usinas nucleares vem do plutônio . Os Estados Unidos, no entanto, não possuem nenhuma instalação que dependa do plutônio para obter energia.
O isótopo de plutônio mais comum formado em um reator nuclear é Pu-239, que é criado pela captura de nêutrons do urânio empobrecido (U-238). Quando fissionado, o Pu-239 pode ter tanta energia quanto o urânio enriquecido (U-235), que também é usado em armas nucleares .
Historicamente, outro isótopo de plutônio, Pu-238, foi usado para alimentar as baterias de alguns marcapassos comerciais . Esses dispositivos médicos saíram de moda quando alternativas movidas a lítio chegaram ao mercado.
Mas na fronteira final, o plutônio continua sendo uma mercadoria valiosa.
Plutônio e espaço profundo
"O uso mais significativo e menos conhecido do plutônio é para geração de energia durante a exploração espacial", diz Burns. "O plutônio-238 emite muito calor quando sofre decomposição radioativa, e esse calor pode ser usado em um gerador termoelétrico para produzir eletricidade."
Pu-238 tem muitas qualidades que tornam o isótopo muito atraente para engenheiros que trabalham para agências espaciais. Para começar, você não precisa de muito calor para gerar uma grande quantidade de calor, que pode então ser convertido em eletricidade.
Depois, há a meia-vida , uma métrica que diz quanto tempo levará metade dos átomos de um determinado isótopo radioativo para decair e se transformar em outra coisa. Com uma meia-vida respeitável de 88 anos, Pu-238 pode manter rovers e sondas espaciais funcionando por décadas a fio.
Longe do sol, em lugares onde os raios das estrelas são fracos e escuros, os satélites movidos a energia solar não vão ter um desempenho tão bom. Enquanto isso, os robôs de Marte que dependem da luz do sol (como o agora extinto Opportunity Rover) precisam lidar com a poeira das tempestades que podem sufocar seus painéis e impedir o funcionamento da bateria.
Por essas razões, Pu-238 é uma ótima opção para a exploração marciana e do espaço profundo. Até agora, o Pu-238 impulsionou pelo menos 30 veículos espaciais dos EUA . O Perseverance Rover que pousou no Planeta Vermelho em fevereiro de 2021 tem um gerador alimentado por Pu-238. O mesmo acontece com espaçonaves longínquas como a Voyager 1 e a Voyager 2 , que viajam pelo sistema solar ( e além ) desde 1977.
Plutônio e Toxicidade
O plutônio é radioativo, embora você provavelmente nunca seja exposto a ele. Robert M. Hazen, do Carnegie Institution for Science, diz que "não há fontes naturais" de plutônio. “Tem que ser feito por meio de reatores criadores, então todo o plutônio em uso na Terra é feito pelo homem”, ele explica por e-mail.
Pode ser liberado no meio ambiente, porém, por meio de uma planta industrial ou de um recipiente, porém os níveis de plutônio no ar, água, solo e alimentos são extremamente baixos. No entanto, se você for exposto, provavelmente será através da inalação de aerossóis irradiados ou do contato com a pele. E muitos fatores determinarão se a exposição irá prejudicá-lo, incluindo quanto, por quanto tempo e como você entrou em contato com o plutônio.
Quando você inspira, parte do plutônio fica preso nos pulmões e se transfere para os ossos e o fígado. Se você engolir através dos alimentos, vestígios também podem se espalhar para seus ossos e fígado. Se você tocar em plutônio, muito pouco - se houver - entrará em seu corpo, mas pode queimar a pele que entrou em contato com ele. Portanto, embora seja um elemento radioativo, o plutônio está longe de ser "a substância mais tóxica conhecida pelo homem", como o ativista Ralph Nader certa vez proclamou .
AGORA ISSO É INTERESSANTE
Glenn Seaborg se tornou a primeira pessoa a ter um elemento recém-descoberto com o seu nome durante sua vida, quando o seabórgio - Elemento 106 na tabela periódica - foi batizado na década de 1990 .
