A física dos explosivos nucleares PDF
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DALTON ELLERY G. BARROSO A Física dos EXPLOSIVOS NUCLEARES Livraria da Física Editora A FÍSICA DOS EXPLOSIVOS NUCLEARES Livraria da Física Editora A FISICA DOS EXPLOSIVOS NUCLEARES DALTON ELLERY GIRÃO BARROSO Bacharel em Física (UFRJ) Mestre em Engenharia Nuclear (IME) Doutor em Ciência dos Materiais (IME) Pesquisador Titular do Centro Tecnológico do Exército (CTEx) Livraria da Física Editora Copyright @ 2009 Editora Livraria da Física 2a edição Direção editorial José Roberto Marinho Capa Ana Maria Hitomi - Typography Projeto gráfico e diagramação Typography Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Barroso, Dalton Ellery Girão A física dos explosivos nucleares/ Dalton Ellery Girão Barroso. - 2. ed. - São Paulo : Editora Livraria da Física, 2009. Bibliografia ISBN 978-85-7861-016-6 1. Explosivos 2. Física nuclear I. Título. 09-00661 CDD-539.7 índice para catálogo sistemático 1. Explosivos nucleares: Física nuclear 539.7 Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta obra poderá ser reproduzida sejam quais forem os meios empregados sem a permissão da Editora. Aos infratores aplicam-se as sanções previstas nos artigos 102, 104,106 e 107 da Lei no 9.610, de 19 de fevereiro de 1998 Livraria da Física Editora Editora Livraria da Física www.livrariadafisica.com.br 'A física da explosão atômica e termonuclear é realmente um "paraíso" para os teóricos.' (Sakharov - Memórias, Editora Saraiva, 1992) 'This applied work, combining so many disciplines, was one of the really interesting pieces of work in physics which I have done' (Hans Bethe - From a Life of Physics, World Scientific Publishing, 1989-, referindo-se a seu trabalho no Projeto Manhattan) 'Don't bother me with your conscientious scruples! After all, the thing's a superb physics!' (Frase atribuída a Enrico Fermi, durante sua participação no Projeto Manhattan) 'The ultimate responsibility for our nation's policy rests on its citizens and they can discharge such responsibilities wisely only if they are informed.' (H.D.Smyth - Atomic Energy for Military Purposes, the Official Report on the Development of the Atomic Bomb under the Auspices of the United States Government, 1940-1945- 1945) ‘Knowledge may be dangerous. Ignorance is incomparably more dangerous' (Edward Teller - Citações - Lawrence Livermore National Laboratory) 'Possibly no other engineering or technical endeavors of humankind have involved as much science as nuclear explosives have' (E.N.Avrorin. V.A. Simomemko, L.l. Shibarshov - Physics - Uspekhi 49(4)) PREFACIO______________________ A era nuclear teve seu início com o desvendar, pelo homem, dos enigmas do núcleo atômico e a conseqüente descoberta da tremenda energia nele encerrada. A força dessa energia ficou dramaticamente comprovada com o advento da primeira explosão nuclear, em 1945, apenas seis anos após a descoberta da fissão. De lá para cá, a energia nuclear desenvolveu-se rapidamente, tanto para fins bélicos quanto para fins pacíficos — dualidade, aliás, inerente aos avanços inexoráveis da ciência. Com relação às aplicações pacíficas, seria inconcebível o mundo moderno sem o uso da energia nuclear na geração de energia elétrica, na propulsão naval, nos veículos espaciais, na medicina e na agricultura. Já o de senvolvimento dos explosivos nucleares, no sentido de torná-los cada vez mais sofisticados e destrutivos, e a criação dos enormes arsenais nucleares, por parte das grandes potências, permearam completamente o cenário político e militar das relações internacionais, em escala global. Embora os explosivos nucleares, que constituem o tema deste livro, se jam comumente associados às aplicações bélicas, não se pode escamotear o fato de que eles se prestam também, com as devidas salvaguardas, às mais diversas finalidades pacíficas, na ciência e na engenharia. Desse ponto de vista, as explo sões nucleares nada mais representam que enorme fonte de energia concentrada — com tremenda emissão de nêutrons, raios gama e raios X, sem paralelo na física experimental. Durante muitos anos, pouco se sabia a respeito dos explosivos nucleares, envoltos por severa cortina de sigilo, além de princípios físicos e processos bási cos pelos quais operam. O desenvolvimento teórico particularizado e as minú cias técnicas estavam completamente fora do alcance da comunidade científica em geral, sem acesso a informações, restritas ao âmbito dos laboratórios onde são concebidos e projetados os explosivos nucleares. Mesmo hoje, apesar de maior disponibilidade de informações, e da difusão do conhecimento em áreas correla tas, ignora-se a existência de publicação que aborde, de forma explícita e no nível técnico desejado, a teoria dos explosivos nucleares. Este livro é uma tentativa de suprir parte dessa lacuna, ao tratar específi camente de temas essenciais à compreensão da física dos explosivos nucleares. Elaborado com base em atividade científica estritamente acadêmica, e com rigor técnico consentâneo com limitações na disponibilidade de dados, destina-se aos que desejam conhecer mais profundamente a teoria e processos físicos envolvi dos nas explosões nucleares. A física dos explosivos nucleares, em que pese o sigilo que sempre tem cercado o assunto, constitui-se de um conjunto de áreas multidisciplinares, a maior parte das quais é matéria comum a outros ramos da atividade científica aberta, não necessariamente ligada ao desenvolvimento de explosivos nucleares. Por exemplo, a neutrônica (Capítulo 2) é estudada corriqueiramente na física de reatores nucleares; tópicos tratados na hidrodinámica e termodinâmica a altas temperaturas e densidades (Capítulo 3) são próprios da astrofísica e da física de plasmas densos em geral; a teoria das detonações químicas em altos explosi vos (Capítulo 5), responsáveis pela montagem supercrítica da massa físsil, está consolidada e constitui matéria independente desde o final da Segunda Guerra Mundial; a compressão dinâmica de sólidos (Capítulo 6), área cujo desenvol vimento ocorreu paralelo ao dos explosivos nucleares, dá-se mediante a propa gação de fortes ondas de choque, analisada exaustivamente nos fenômenos de impacto a altas velocidades; a estatística das reações de fissão em cadeia, que trata do problema da pré-ignição de explosivos nucleares por fontes aleatórias de nêutrons (Capítulo 7), é igualmente importante na análise das flutuações neutrônicas que ocorrem no início da operação {startup) dos reatores nucleares e nos reatores rápidos pulsados; por último, o processo de detonação termonuclear (Capítulo 10) é discutido amplamente, há mais de duas décadas, na fusão por confinamento inercial, que estuda a produção de energia da fusão por meio de micro-explosões termonucleares de micro-esferas de deutério-trítio altamente comprimidas por feixes de raios laser ou de partículas carregadas. Portanto, o estudo da física dos explosivos nucleares é também o estudo da física de fenômenos de grande interesse para a atividade científica em geral. È quase consenso, atualmente, que a difusão de tais conhecimentos não contribui fundamentalmente para a proliferação de armas nucleares. Tal questão, que tem servido de pretexto para o cerceamento do intercâmbio científico e tecnológico entre as nações mais desenvolvidas e as nações ditas em desenvolvimento ou subdesenvolvidas, resolve-se por via diplomática e política, sendo inocua a esca- moteação do conhecimento científico, ainda mais quando a base desse conheci mento se encontra já amplamente difundida. Presume-se que muitos dos resultados específicos aqui apresentados jamais tenham sido publicados na literatura científica aberta (como os dos Capítulos 4, 8, 9 e 10, obtidos por complexas simulações computacionais). Entretanto, tais re sultados baseiam-se em modelos físicos e matemáticos bem conhecidos, e estão, obviamente, condicionados às aproximações inerentes a esses modelos. Embora os capítulos sigam um encadeamento lógico e estejam correlacio nados (refletindo, em seu conjunto, a interação entre as diversas áreas envolvidas no estudo dos explosivos nucleares), espera-se que possam servir também ao leitor interessado apenas em um ou mais deles, separadamente. Em virtude da heterogeneidade e amplitude dos temas abordados — cada qual, por si só, exigi ría um tratado à parte — foi necessário compressão e concisão na exposição de seus diferentes conteúdos, apresentando-se, porém, extensa lista de referências técnicas (e alguns apêndices) para consulta do leitor não familiarizado com as áreas a eles pertinentes. Em contrapartida, o livro é abundante de resultados numéricos, com aná lises e informações qualitativamente acessíveis a quantos se interessem em saber mais acerca dos explosivos nucleares e dos processos pelos quais se dá o fascinan te fenômeno das explosões nucleares. Dalton Ellery Girão Barroso Email: [email protected]
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