aula 08 - geração nuclear

8/16/2019 Aula 08 - Geração Nuclear

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ENERGIA NUCLEAR

Prof. Eduardo Bonamini


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3e4ando-se em considera5 o a produ5 o total de energia

el#trica no mundo$ a participa5 o da energia nuclear saltou de

0$1% para 1!% em 0 anos$ fa7endo-a apro imar-se da

porcentagem produ7ida pelas 9idrel#tricas.:e acordo com a Ag ncia &nternacional de 'nergia

At mica (A&'A) no final de 1;;8 9a4ia usinas nucleares

em 2 países e 6 unidades sendo construídas em 1" países.

Países Europeus são os quemais utilizam Energia Nuclear


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'm termos relati4os$ a regi o que mais utili7a a nucleoeletricidade# a 'uropa -' tremo -/ran5a se destaca$ com 80% de sua energia gerada por "6

reatores nucleares$ e o ?ap o$ com 0%.


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Cronologia de uma descoberta18;6 < físico franc s +enri @ecquerel$ descobriu a

radioati4idade. @ecquerel 4erificou que sais de ur nio emitiam

radia5 o semel9ante B dos raios-C.1;0 D Easal Eurie laureado com o obel de /ísica.

1;0 D *ut9erford nomeia a radia5 o gama descoberta em1;00 por Faul Gillard.

1;0 D Harie Eurie publica um artigo com as bases dadosimetria termo luminescente.

1;0" D 'instein publica a =eoria da *elati4idade e plicando oefeito fotoel#trico.


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Cronologia de uma descoberta1;0" D @ertram @oltIood obser4a que a ta a c9umboJur nio #

maior em roc9as mais antigas$ estabelecendo o c9umbo como pontofinal do decaimento do ur nio$ conseguindo assim$ em 1;0! datar aidade do planeta =erra entre 00 e 2200 mil9Kes de anos.

1;06 D *ut9erford inicia o trabal9o pesquisa bombardeandofol9as de ouro com partículas alfa.

1;10 D < padre Lesuíta =9eodor ulf mede os ní4eis de radia5 ono ní4el do solo e no topo da torre 'iffel$ obser4ando que os 4aloresaumentam conforme a altitude$ e sugerindo a origem e traterrestredesta radia5 o.

1;1 D +ans Meiger apresenta seu protNtipo de detector a g,s.1;1 D iels @o9r aplica sua teoria qu ntica aos orbitais

eletr nicos do ,tomo


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Cronologia de uma descoberta1;1; D *eali7ada a primeira transmuta5 o artificial de um

elemento químico.

1;21 D Apresentados os primeiros padrKes de radioprote5 opelo Eomit @rit nico de Frote5 o do *aio C e do *adio.

1;22 D A Oociedade Americana dos *aios *oentgen adotaregras de radioprote5 o.

1;22 D M. Ffa9ler recomenda o uso do filme fotogr,fico comoforma de monitora5 o pessoal.

1;2" D


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O que radioati!idade" T um fen meno pelo qual um nUcleo inst,4el passa por umatransi5 o nuclear ou transforma5 o espont nea resultando naemiss o de energia sob a forma de partículas ou ondas. 'ste fen meno # c9amado de :ecaimento *adioati4o.

#ecaimento $adioati!o T um e4ento aleatNrio$ n o se pode pre4er e atamente quandoele perder, energia$ mas em um grupo de ,tomos sabemos queestes perder o a metade de sua energia $ ao qual c9amamos deME%& '%#& $%O&(%'&)


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FU-.O

A fus o # um processo diferente. ele$ dois ou mais nUcleos at micos

de um mesmo elemento se fundem$ formando outro elemento e liberandoenergia. 'sse # o processo que ocorre em estrelas como o sol - onde 9, a

uni o de nUcleos de 9idrog nio para formar o elemento químico 9#lio.

Fara ocorrer$ a fus o precisa de muita energia$ mas durante o processo

libera ainda mais calor. A alta temperatura do sol fa7 com que a fus o ocorra

de forma contínua. A fus o$ por incrí4el que pare5a$ tem a capacidade de

liberar uma quantidade de energia muito maior do que a fiss o. 'm 1;"2$ foi feito$ pelos 'stados nidos$ oprimeiro e perimento com bomba de9idrog nio (bomba +)$ produ7ida a partir dafus o de nUcleos de 9idrog nio. A bomba + liberou cerca de mil 4e7es maisenergia do que a bomba lan5ada em+iros9ima$ feita por meio de fiss o.


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(ipos de $eaç1es Nucleares A rea5 o nuclear # a modifica5 o da composi5 o do nUcleo

at mico de um elemento$ podendo transformar-se em outro ououtros elementos. 'sse processo ocorre espontaneamente quando

n o acontece metamorfose em alguns elementos.

< caso mais interessante # a possibilidade de pro4ocar a

rea5 o mediante t#cnicas de bombardeamento de n utrons ououtras partículas.

' istem duas formas de rea5Kes nucleares a fiss o nuclear$

onde o nUcleo at mico subdi4ide-se em duas ou mais partículas> e

a fus o nuclear$ na qual ao menos dois nUcleos at micos se unem

para formar um no4o nUcleo.


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E2emplo

Apenas um e emplo das mais de 1000 possí4eisfissKes de ur nio-2 " r nio captura um n utron$ torna-se

inst,4el e fraciona em b,rio e cript nio com emiss o de dois

n utrons.

Eom esta rea5 o +a9n e Otrassmann demonstraram a

fiss o em 1; 8 atra4#s da presen5a de b,rio na amostra$usando espectroscopia de massa.

(ipos de $eaç1es Nucleares


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(ipos de $eaç1es Nucleares


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T a energia liberada numa rea5 o nuclear$ ou seLa$ emprocessos de transforma5 o de nUcleos at micos.

Alguns isNtopos de certos elementos apresentam a

capacidade de se transformar em outros isNtopos ou elementos

atra4#s de rea5Kes nucleares$ emitindo energia durante esseprocesso.

@aseia-se no princípio da equi4al ncia de energia

e massa (obser4ado por Albert 'instein)$ segundo a qual durante

rea5Kes nucleares ocorre transforma5 o de massa em energia.

ENE$3%& NUC+E&$


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Fusão nuclear a 4rio < termo Xfus o nuclear a frioX surgiu em1;8;$ quando Hartin /leis9mann e OtanleY Fons rei4indicaram a

reali7a5 o da fus o nuclear em temperatura ambiente$ usando um

dispositi4o pequeno e barato$ que cabia em cima de uma mesa.

< anUncio causou sensa5 o$ porque a fus o nuclear tempotencial para dar ao mundo uma fonte praticamente inesgot,4el

de energia. A fus o nuclear # a rea5 o que alimenta as estrelas$

quando ,tomos se Luntam$ liberando quantidades enormes de

energia.

Fusão Nuclear a Frio


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Fusão Nuclear a FrioHas$ nas estrelas$ a fus o nuclear ocorre sob temperaturas e

pressKes gigantescas. For isto o anUncio tamb#m gerou uma grande onda

de ceticismo no prNprio mundo científico$ porque a ci ncia con4encional

afirma que a fus o nuclear equi4aleria a Xdomar uma estrelaX - e construir

uma estrela artificial e igiria algum tipo de reator operando a de7enas de

mil9Kes de graus Eelsius - como o reator e perimental &='* ou o +iper.

'mbora domar uma estrela possa parecer difícil$ as promessas dafus o nuclear s o suficientes para Lustificar a empreitada o combustí4el

para a fus o nuclear # a ,gua do mar normal$ e as estimati4as indicam

que 1 litro de ,gua do mar cont#m uma energia equi4alente a 16 litros de

gasolina. ' retirar essa energia n o gera li o radioati4o$ como a fiss o

nuclear que alimenta os reatores nucleares atuais.

For isto$ a possibilidade de fa7er a fus o nuclear a frio parecia algo

bom demais para ser 4erdade.


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Fusão Nuclear a Frio


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$eaç1es Nucleares de Bai2a Energia

Eomo outros cientistas n o conseguiram reprodu7ir os

resultados relatados por Fons e /leis9mann$ a pesquisa sobre afus o a frio caiu em descr#dito. +umil9ados pela elite científica e

com a reputa5 o totalmente arruinada$ Fons e /leis9mann

fec9aram seus laboratNrios$ mudaram-se de país e caíram no

ostracismo.


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$eaç1es Nucleares de Bai2a Energia < pun9ado de cientistas que decidiu dar continuidade B

in4estiga5 o passou a reLeitar o termo Xfus o a frioX. 'm 4e7 disso$

eles come5aram a usar o termo Xrea5Kes nucleares de bai aenergiaX (3' * - Low Energy Nuclear Reactions ).

Has$ neste simpNsio$ os artigos científicos apresentados 4oltaram a

se referir abertamente B Xfus o a frioX$ e alguns a c9amam de

X'feito /leis9mann-FonsX$ em 9omenagem aos pioneiros da ,rea.

X< campo agora est, e perimentando um renascimento no

interesse e nos esfor5os de pesquisa$ com e4id ncias que sugerem

que a fus o a frio pode ser uma realidade$X continua HarIan. 'le

obser4ou$ por e emplo$ que o nUmero de apresenta5Kes sobre o

tema nas reuniKes da AEO quadruplicou desde 200!.


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Um longo tempo de con4inamento 5um problema difícil #

conter o plasma durante um tempo suficiente para que as rea5Kes

de fus o ocorram. < tempo de confinamento de energia # uma

medida de quanto tempo a energia do plasma # mantida antes de

ser perdida. T e4idente que nen9um recipiente sNlido poderia

suportar as altas temperaturas necess,rias para a fus o$ de modo

que # preciso usar outras t#cnicas de confinamento$ duas das

quais ser o discutidas a seguir.

+, tr s formas de atingir as temperaturas e concentra5Kes

necess,rias para que a fus o de nUcleos de isNtopos do

9idrog nio ocorra



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O con4inamento inercial5 uma pequena esfera de uma

mistura de deut#rio e trítio # bombardeada de todos os lados porraios laser de alta intensidade$ que fa7em o material da

superfície e4aporar. 'sta e4apora5 o pro4oca uma onda de

c9oque que comprime a parte central da esfera$ aumentando

drasticamente a densidade e a temperatura do material. <

processo # c9amado de confinamento inercial porque o que

impede que o plasma escape da regi o de confinamento # a

in#rcia do material utili7ado como fonte de plasma.


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O con4inamento gra!itacional5 este confinamento # impossí4el

de ocorrer na =erra$ uma 4e7 que est, associado apenas B enormemassa das estrelas e consequentemente gigantesca for5a

gra4itacional$ que consegue confinar o plasma.



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O con4inamento magn tico5 usa intensos camposmagn#ticos e el#tricos para aquecer e comprimir o plasmade 9idrog nio. < proLeto &='* (International ThermonuclearExperimental Reactor )$ na /ran5a$ est, usando este m#todo>


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A abund ncia isotNpica do deut#rio$ a fonte de d uterons

para esta rea5 o$ # de apenas uma parte em 6!00$ mas esteisNtopo do 9idrog nio pode ser e traído em quantidades

praticamente ilimitadas da ,gua do mar.


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o entanto$ na rea5 o mostrada$ os prNtons em cada nUcleo

tender o a se repelir por terem a mesma carga (positi4a). Assim$

para obter a fus o$ # necess,rio criar condi5Kes especiais para

4encer esta barreira coulombiana entre os prNtons. &

seguir6 apresentaremos as condiç1es para tornar possí!el a

4usão)

Con4inamento Magn tico


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b7 &lta concentração de partículas5 a concentra5 o de partículas

carregadas(nUmero de d uterons por unidade de 4olume$ por

e emplo) de4e ser suficiente para assegurar um grande nUmero de

colisKes por unidade de tempo. 'les de4em estar a 1 10 -1" metros um

do outro para que ocorra a fus o.

< sol utili7a sua massa e a for5a da gra4idade para comprimir os

d uterons e aumentar a concentra5 o.

'm reatores a fus o nuclear$ # necess,rio agrupar os d uterons eel#trons usando intensos campos magn#ticos (ím s supercondutores)$

potentes lasers ou fei es de íons.


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'sta condi5 o$ con9ecida como crit rio de +a8son $ mostra

que temos uma escol9a entre confinar muitas partículas por poucotempo ou poucas partículas por muito tempo.

$elação entre a densidade de plasma e o tempo decon4inamento6 ilustrando a região de operação paracada tipo de con4inamento possí!el em laborat9rios)



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Oegundo o gr,fico mostrado na figura $ para a fus osustentada ocorrer por confinamento magn#tico$ as seguintescondi5Kes de plasma precisam ser mantidas (simultaneamente)

\temperatura do Flasma (=) 100 mil9Kes de [el4in>

\tempo de confinamento na temperatura acima ( ) -6 segundos>

\densidade de plasma (n) 1-2 10 20 partículas m- . ote que em altasdensidades de plasma$ o tempo de confinamento necess,rio ser,menor.

Fusão Nuclear


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'antagens da 4usão nuclear

] 3&HFA n o 9, libera5 o de gases para atmosfera criadores

do efeito estufa e das c9u4as ,cidas.

] 1 g de combustí4el de fus o poder, gerar a mesma energia

el#trica (100.000 R .9ora) obtida pela queima de 8 toneladas de

car4 o.

]


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< deut#rio pode ser e traído da ,gua do mar>

Fusão Nuclear


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< trítio (= ou )$ elemento radioati4o com uma 4ida m#dia

de 12$ anos$ pode ser produ7ido no interior do prNprio reator.

Eomo no nUcleo do reator s o produ7idos n utrons que

transportam cerca de 80 % de energia da rea5 o (cerca de 1

HeG)$ estes$ por serem neutros$ escapam do campo magn#tico e

podem ser desacelerados em uma camada de 3ítio$

suficientemente espessa$ constituída ao redor do nUcleo do

reator$ como mostram as figuras 8 e ;. este processo$ # gerado

o =rítio nas seguintes possí4eis rea5Kes

Fusão Nuclear


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Fusão Nuclear


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A opera5 o de rotina de uma central el#trica de fus o n o requero transporte de material radioati4o fora do reator.] As rea5Kes de fus o podem ser quase instantaneamenteinterrompidas$ dado que os combustí4eis entram para o reator Bmedida que 4 o sendo utili7ados.] A e ist ncia de n utrons de ele4ada energia ( ) condu7a ati4a5 o das paredes de um reator de fus o. Eom odesen4ol4imento de no4os materiais$ # de se esperar que oscomponentes de um reator de fus o percam sua ati4idade numm, imo de 0 a 0 anos.


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Complexo Nuclear Angra


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Angra 2


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Angra 3


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A futura usina ser, id ntica a de Angra 2. :e tecnologia Alem $

esta segunda opera desde 2001$ #poca do famoso apag o no@rasil$ e foi de e trema import ncia para que o cen,rio n o se

tornasse ainda pior. 'm 201 $ a produ5 o de energia el#trica de

Angra 1 e Angra 2$ representou 2$!8% da gera5 o de energia

el#trica do Oistema &nterligado acional (O& ). Eom as tr s usinasem opera5 o$ o comple o nuclear de Angra dos *eis ser, capa7

de atender a cerca de 60% da demanda energ#tica do 'stado do

*io de ?aneiro$ se considerarmos os dados de 201 ('letrobras$

201 ).

Angra 3


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AngraDepósito de Rejeitos da Central Nuclear

=odo automati7ado$ o galp o # operadopor poucos profissionais$ que passam porum rigoroso processo de an,lise do ní4elde e posi5 o B radia5 o$ sendo nulonormalmente.


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Angra


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