Reação em cadeia: A Física do filme Oppenheimer explicada

O filme Oppenheimer chegou aos cinemas depois de muita expectativa para a volta de Christopher Nolan como diretor de um filme científico. O filme conta a história do físico J. Robert Oppenheimer e há muita Física sendo discutida no filme.

Filme Oppenheimer conta a história do físico considerado o pai da bomba atômica.
Filme Oppenheimer conta a história do físico considerado o pai da bomba atômica. Crédito: Christopher Nolan / Universal Pictures

O físico J. Robert Oppenheimer é considerado como o “pai da bomba atômica” e a história da sua vida é contada no mais novo filme do diretor Christopher Nolan. Nolan tem em seu currículo filmes como A Origem e Interestelar que aborda de forma impressionante a ficção científica.

Assim como Interestelar, o filme Oppenheimer possui várias cenas que discutem a Física do problema que eles tem em mãos. Vários físicos famosos do século XX são citados no filme e alguns outros até aparecem como personagens da obra.

Parte do filme é a dificuldade de Oppenheimer em lidar com a Física da fissão nuclear e reação em cadeia que desencadeia liberando uma grande quantidade de energia. Vamos aqui resumir a Física para que fique fácil acompanhar as discussões do filme.

Mecânica Quântica em seu auge

O físico Oppenheimer fez seu doutorado na Europa quando o ápice da pesquisa em Mecânica Quântica estava acontecendo. Nomes como Niels Bohr, Max Born, J. J. Thomson, Werner Heisenberg, entre outros, estavam montando os pilares da área.

Oppenheimer teve contato com as pesquisas e ideias durante sua estadia na Europa e foi o responsável para levar esse conhecimento aos Estados Unidos. Esse foi um dos fatores que o tornou a pessoa ideal para a pesquisa de fissão nuclear e reação em cadeia no Projeto Manhattan.

Tudo começa com Albert Einstein

Antes mesmo de Oppenheimer ir à Europa, um jovem físico no começo do século XX publicou suas equações. Einstein introduziu sua famosa equação, E = mc², mostrando que matéria e energia são equivalentes.

Um dos principais resultados dessa equação é que a matéria pode ser transformada em energia e seria possível utilizar essa energia e utilizá-la de alguma forma. Anos mais tarde, a comunidade científica percebeu que essa simples equação poderia criar uma ferramenta de destruição em massa.

A fissão nuclear

Uma das formas de aproveitar a energia que a matéria pode nos oferecer é através da fissão nuclear. A fissão nuclear acontece quando o núcleo de um átomo se divide em dois ou mais átomos com núcleos menores.

Um núcleo de átomo pode se dividir quando é bombardeado por uma partícula de nêutron, forçando o núcleo a se dividir em dois e liberando uma quantidade de energia.

Quando o átomo se divide em dois, uma grande quantidade de energia é liberada. Porém, para iniciar esse processo é mais fácil usar elementos que estão no limite para se dividirem, como alguns isótopos de urânio e plutônio.

Quando um átomo de urânio ou de plutônio recebem nêutrons, eles se dividem liberando uma quantidade de energia alta e outros nêutrons.

A pergunta que Oppenheimer se fez foi: como intensificar esse processo capaz de gerar uma explosão?

A reação em cadeia

Em algumas discussões do filme, vários físicos se juntam para discutir a matemática da reação em cadeia. A ideia é relativamente simples porém com uma matemática que fez os próprios físicos do século XX terem dor de cabeça.

A reação em cadeia seria a série de fissões nucleares que aconteceriam após uma primeira. Os nêutrons gerados na primeira fissão nuclear iriam bombardear outros átomos, esses se dividiram liberando mais nêutrons que atingiriram outros átomos e por aí vai.

O processo de reação em cadeia com átomos de urânio
O processo de reação em cadeia com átomos de urânio mostrando as diferentes gerações da produção. Cada divisão produz uma quantidade de energia. Crédito: Atomic Archive

O resultado final seria uma grande quantidade de energia liberada em sequência e de forma rápida. Em outras palavras, uma explosão.

A massa crítica

Se prestar atenção no filme, é possível ouvir menção à massa crítica do material e como desencadear a reação em cadeia de forma. A massa crítica é o minímo de massa possível para iniciar o processo de reação em cadeia.

Qualquer variação ou algum nêutron que chegue no material que está próximo da massa crítica pode desencadear esse processo da reação em cadeia.

Em Oppenheimer, vemos os físicos debaterem qual seria a mellhor técnica de deixar o material subcrítico e como ativar a massa crítica através gatilhos.

O medo da reação em cadeia não parar

É verdade que Oppenheimer se deparou com um problema de cálculo. Nos cálculos, haveria uma chance que a reação em cadeia não pararia iniciando um processo na própria atmosfera que não teria fim, queimando o planeta.

O físico foi atrás de Einstein para conferir seus cálculos mas mais tarde o time de Oppenheimer percebeu que havia um erro nos cálculos e a chance da reação em cadeia continuar na atmosfera era próxima de zero.