Assinaturas radioativas identificam uma das primeiras peças de plutônio vistas por olhos humanos
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Explosão atômica
Andy Extance
“Fat Man”, a bomba atômica lançada pelos Estados Unidos contra Nagasaki, em 1945, carregava cerca de 6,2 quilogramas de plutônio enriquecido, mais ou menos do tamanho de uma bola de tênis. A origem daquela mortífera esfera de metal pode ser rastreada através de uma pequena amostra com menos de três milionésimos de grama, criada nos laboratórios dos pesquisadores do Projeto Manhattan.
Esse é um fragmento histórico, representando tanto uma incrível conquista científica quanto uma profunda tragédia – uma única bomba matou e feriu pelo menos 64 mil pessoas (as estimativas variam) além de ter acelerado a rendição japonesa. Em 2007, porém, essa amostra histórica, o primeiro plutônio visto por pesquisadores, desapareceu dos olhos do público.
Agora ela reapareceu em uma caixa plástica em uma sala de segurança sem janelas na Instalação de Materiais Perigosos da University of California, Berkeley.
A pequena amostra, derivada da descoberta original que rendeu o Prêmio Nobel de Química a Glenn Seaborg, estava acompanhada apenas de documentos limitados sobre suas origens. Mas uma equipe de Berkeley encontrou assinaturas radioativas indicando que esse plutônio realmente vem do Projeto Manhattan. Eles publicaram suas descobertas no servidor de preprints de física, arXiv, em 24 de dezembro, e agora estão tentando devolver esse pedaço de história ao púbico.
A história da amostra começa em 1941, quando as potências bélicas do mundo estavam competindo para desenvolver uma bomba atômica, concentrando-se principalmente na fissão nuclear do urânio.
Em Berkeley naquele ano, Seaborg, junto com Arthur Wahl e Joseph Kennedy, sintetizaram um elemento completamente novo: o plutônio. Ainda que só tenham produzido quantidades praticamente nulas de plutônio ao bombardear urânio 238 com deutério – partículas compostas de um próton e um nêutron – os pesquisadores rapidamente determinaram que aquele elemento tinha potencial explosivo como material de bomba nuclear.
No início de 1942, cientistas que estudavam a reação nuclear em cadeia, como o físico Enrico Fermi, e a química do plutônio, como Seaborg, receberam ordens de ir até a University of Chicago para começar a trabalhar no Projeto Manhattan, desenvolvendo a bomba atômica. (Seaborg escreveu sobre a síntese do plutônio, e de vários outros elementos, em um artigo de abril de 1950 publicado em Scientific American que inclui uma fotografia granulada de uma amostra desenvolvida em Chicago).
Como o plutônio tinha acabado de ser descoberto, os cientistas não conheciam suas propriedades muito bem. Eles precisavam de uma maior quantidade do elemento para aprender a usá-lo em armas nucleares. Para produzir mais plutônio e superar as dificuldades de estudar misturas radioativas de metal contendo quantidades infinitamente diminutas do elemento, um grupo conduzido por Seaborg disparou nêutrons contra centenas de quilos de sais de urânio.
Após uma série de medidas de purificação, os químicos de Chicago, Burris Cunningham e Lewis Erner, finalmente conseguiram extrair pequenas quantidades de sal de plutônio do material original. Esses sais, porém, armazenavam uma pequena quantidade de água dentro de sua estrutura cristalina. Ao queimarem esses sais no ar – e assim fazê-los reagir com oxigênio – os cientistas criaram um óxido de plutônio livre de água. Pela primeira vez, eles foram capazes de colocar seu composto puro em uma balança feita especificamente para isso e registraram ter isolado 2,77 microgramas de produto. “Eles podiam ver o elemento”, declara o engenheiro nuclear de Berkeley, Eric Norman, que conduziu alguns dos novos testes para identificar as origens da amostra. “Ninguém jamais tinha visto plutônio antes disso”.
Cortesia de Eric Norman/U.C. Berkeley
Essa minúscula quantidade de plutônio, criada pelo Projeto Manhattan, foi a primeira a ser diretamente observada por seres humanos.
“Um espécime daquele tamanho era impressionante naquela época”, observa Cynthia Kelly, fundadora da Atomic Heritage Foundation em Washington, capital. “Eram necessárias centenas de milhões de dólares para produzir até mesmo pequenas quantidades”. Aquela amostra e os métodos que a produziram iriam, nos três anos seguintes, ajudar a avançar a ciência do plutônio o suficiente para produzir a bomba Fat Man. (A bomba de Hiroshima, lançada alguns dias antes, tinha um núcleo de urânio).
Seaborg recebeu o Nobel em 1951 por sintetizar plutônio e outros elementos além do urânio, estendendo a tabela periódica. A University of Chicago lhe concedeu a amostra original de plutônio, de 2,77 microgramas, como presente, envolta em uma caixa plástica transparente. (“A radioatividade dessa amostra é incrivelmente baixa e não põe a saúde de ninguém em risco”, explica Norman). Seaborg então doou a amostra ao Lawrence Hall of Science, na U.C. Berkeley, que começou a exibí-la em um estojo de vidro em 1979, junto com uma placa descrevendo suas origens. Então, em 2007, a equipe do local removeu o estojo em favor de exposições mais interativas durante uma reforma. O recipiente ficou definhando na sala de armazenagem, com pouca indicação de sua importância.
Em 2008, Phil Broughton, físico médico da U.C. Berkeley, encontrou uma caixa plástica transparente com uma etiqueta que dizia “Primeira amostra de Pu a ser pesada. 2,7 µg” enquanto analisava o inventário da Instalação de Materiais Perigosos. Broughton declara ter ficado chocado, porque uma placa citando o trabalho de Seaborg estava logo ao lado da caixa. “Isso é o equivalente da pedra lunar original”, destaca ele. Mas sem quaisquer evidências acompanhando a caixa, ele temia que seu conteúdo fosse esquecido.
Durante vários anos, pareceu que os termores de Broughton eram bem justificados. Ele perguntou, por exemplo, se a Instituição Smithsonian em Washington, capital, queria a amostra. Os curadores de lá, porém, queriam que Broughton lhes desse provas definitivas de que aquela era a amostra de 1942, e ele não tinha nada além da placa, que não é exatamente uma evidência científica. A caixa permaneceu em sua prisão sem janelas.
Em julho de 2014, Broughton pediu que o Departamento de Engenharia Nuclear de Berkeley o ajudasse a identificar o material. Norman, junto com outro engenheiro nuclear, Keenan Thomas, e uma assistente de pesquisa de graduação da San Diego State University, Kristina Tellhami, se ofereceram para testar a amostra. Eles procuraram cuidadosamente por “assinaturas” de plutônio decaindo em urânio – raios gama emitidos por núcleos atômicos e raios-X emitidos por elétrons – usando um detector de ionização de germânio.
As medidas da equipe de Berkeley mostraram que a amostra definitivamente era plutônio de alta pureza. Eles também detectaram outros indícios que apontavam para sua origem no Projeto Manhattan. A abordagem de Seaborg só tinha produzido plutônio 239, que decai muito lentamente em urânio 238. A produção mais recente de plutônio, realizada ao se bombardear urânio com nêutrons em reatores nucleares, às vezes também produz plutônio 241, que decai mais rapidamente no elemento amerício. Não existe sinal de amerício no plutônio de Berkeley.
Os cientistas estimam que a amostra tenha uma massa de plutõnio de 1,7 a 2,3 microgramas. Isso é ‘incrivelmente’ próximo do que restaria após a subtração da massa de oxigênio contida no óxido de plutônio original, observa Norman. Um sinal de raios-X que corresponde a um recipiente de reação feito de platina, o tipo usado por Cunningham e Werner, também indica que aquela é a amostra resgatada.
No momento, a caixa plástica permanece sob a custódia de Broughton e seus colegas. Norman espera que ela seja exibida no mesmo laboratório de química de Berkeley onde a equipe de Seaborg realizou sua memorável descoberta original. O departamento de química da universidade está ávido para obter a amostra. Mas o laboratório de Seaborg ainda está sendo usado para pesquisa, então limitações de espaço o impedem de se tornar o local de uma exibição permanente.
Kelly concorda que a exibição do plutônio em um laboratório-museu seria uma ótima ideia, apontando que Berkeley também poderia se tornar parte do novo Parque Histórico Nacional do Projeto Manhattan, que inclui muitas das instalações originais do projeto. O presidente Barack Obama assinou uma lei autorizando o parque no fim do ano passado. Esse reconhecimento parece um reflexo apropriado do impacto do artefato: raramente algo tão pequeno teve repercussões que reverberam tão longe no futuro.
Scientific American Brasil
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