COLÉGIO SALESIANO DO SALVADOR

SÍNTESE FINAL DA PESQUISA DO PROJETO DE EXATAS E NATURAIS

SALVADOR

2013

ANDREI MACEDO, CARLOS BORGES, CAROLINA CORREIA, FELIPE LIMA, GABRIEL MORAES, ÍCARO SANTOS, JÚLIA TANAJURA, LIZE ALEXANDRA, MILA MUNIZ, LUIS HENRIQUE

REAÇÕES NUCLEARES E USINAS

Salvador

2013

Trabalho realizado pelo grupo da síntese da pesquisa do 2° A como requisito parcial de avaliação, sob a orientação da professora Sônia Pinheiro.

Introdução

Trabalho solicitado pelo conjunto de professores da área de exatas e naturais, com o objetivo de apresentar aos alunos do Colégio Salesiano do Salvador um estudo mais aprofundado sobre a energia nuclear e todas suas vertentes. Esse trabalho será apresentado pelos alunos desse grupo, por meio do trabalho a seguir. O 2º ano A ficou responsável pelo tema “Usinas Nucleares e reações nucleares”, que será apresentado a seguir.

Os átomos de alguns elementos químicos apresentam a propriedade de, através de reações nucleares, transformar massa em energia. Esse princípio foi demonstrado por Albert Einstein e é aplicado no uso da energia nuclear. O processo ocorre espontaneamente em alguns elementos, porém em outros precisa ser provocado através de técnicas específicas. Existem duas formas de aproveitar essa energia para a produção de eletricidade: A fissão nuclear, onde o núcleo atômico se divide em duas ou mais partículas, e a fusão nuclear, na qual dois ou mais núcleos se unem para produzir um novo elemento.

Reações Nucleares

Quando dois núcleos se movem um em direção ao outro e, apesar da repulsão, se aproximam o suficiente para que haja interação entre as partículas de um com as partículas do outro pela força nuclear, pode ocorrer uma redistribuição de núcleos e diz-se que aconteceu uma reação nuclear.

Usualmente, as reações nucleares são produzidas bombardeando-se um núcleo alvo com um projétil que pode ser algum tipo de partícula ou núcleo pequeno, de modo que a repulsão não se torne um obstáculo muito grande. As reações que envolvem energias não muito grandes ocorrem em duas fases. Na primeira fase, o núcleo alvo e o projétil se agrupam, formando o que se chama de núcleo composto num estado altamente excitado. Na segunda fase, o núcleo composto decai por qualquer processo que não viole os princípios de conservação.

1. FISSÃO NUCLEAR

A fissão é a divisão do núcleo de um átomo, pelo bombardeamento com nêutrons, em dois núcleos menores com liberação de grande quantidade de energia.

A quantidade de energia armazenada nos núcleos atômicos é incomparavelmente maior que a armazenada nas ligações químicas presentes nas camadas eletrônicas. Só para se ter uma idéia, se todos os núcleos de 1kg de urânio-235 se desintegrarem por fissão, seria liberada mais de um milhão de vezes a quantidade de energia produzida na combustão de 1kg de petróleo.

Em 1934, o físico italiano Enrico Fermi, descobriu como liberar energia armazenada nos núcleos dos átomos, através da reação de fissão nuclear em cadeia. Em 1938, Hahn e Strassmann, repetindo a mesma experiência, constataram a existência de bário-142 entre os produtos obtidos. No mesmo ano, Meitner e Frisch explicaram o fenômeno admitindo a quebra ou fissão ou desintegração do átomo de urânio-235.

2. FUSÃO NUCLEAR

A fusão nuclear é o processo pelo qual átomos menores (hidrogênio 1H1, deutério 1H2, etc) são agregados, produzindo átomos maiores (trítio 1H3, hélio 2He3 ou hélio 2He4) com liberação de grande quantidade de energia. Reações desse tipo ocorrem no Sol e estrelas.

É muito difícil se fazer aqui a Terra a fusão nuclear devido a exigência de temperaturas elevadíssima (300 000 000°C) e de recipientes capazes de suportar essa temperatura, o que seria ideal pois não deixa rejeitos radioativos como na fissão.

Essa façanha só foi realizada, até hoje, nas bombas de hidrogênio com o auxílio de uma bomba atômica que, ao explodir,

fornece a temperatura necessária para a fusão do hidrogênio. Em outras palavras, a bomba atômica funciona como espoleta da bomba de hidrogênio; desse modo, são conseguidas explosões de até 500 megatons (2,092 x 1018 J), o que equivale a energia liberada pela explosão de 500.000.000 toneladas de TNT.

Segundo as estimativas dos cientistas, a utilização de forma economicamente viável e segura, da energia produzida pela fissão nuclear ocorrerá somente no final do próximo século.

ENERGIA NUCLEAR: BRASIL

A procura da tecnologia nuclear no Brasil começou na década de 50, com o pioneiro nesta área, Almirante Álvaro Alberto, que entre outros feitos criou o Conselho Nacional de Pesquisa, em 1951, e que importou duas ultra-centrifugadoras da Alemanha para o enriquecimento do urânio, em 1953.

A decisão da implementação de uma usina termonuclear no Brasil aconteceu de fato em 1969. E que em nenhum momento se pensou numa fonte para substituir a energia hidráulica, da mesma maneira que também após alguns anos, ficou bem claro que os objetivos não eram simplesmente o domínio de uma nova tecnologia. O Brasil estava vivendo dentro de um regime de governo militar e o acesso ao conhecimento tecnológico no campo nuclear permitiria desenvolver não só submarinos nucleares mas também armas atômicas.

Em 1974, as obras civis da Usina Nuclear de Angra 1 estavam em pleno andamento quando o Governo Federal decidiu ampliar o projeto, autorizando a empresa Furnas a construir a segunda usina.

Mais tarde, em 1975, com a justificativa de que o Brasil já apontava escassez de energia elétrica para meados dos anos 90 e início do século 21, uma vez que o potencial hidroelétrico já se apresentava quase que totalmente instalado, foi assinado na cidade alemã de Bonn o Acordo de Cooperação Nuclear, pelo qual o Brasil compraria oito usinas nucleares e obteria toda a tecnologia necessária ao seu desenvolvimento nesse setor.

  Desta maneira o Brasil dava um passo definitivo para o ingresso no clube de potências atômicas e estava assim decidido o futuro energético do Brasil, dando início à "Era Nuclear Brasileira".

USINA NUCLEAR

A usina nuclear ou nucleoelétrica é proveniente da fissão do urânio em reator nuclear. Apesar da complexidade de uma usina nuclear, seu princípio de funcionamento é similar ao de uma termelétrica convencional, onde o calor gerado pela queima de um combustível produz vapor, que aciona uma turbina, acoplada a um gerador de corrente elétrica. Na usina nuclear, o calor é produzido pela fissão do urânio no reator, cujo sistema mais empregado (PWR – Pressurized Water Reactor) é constituído por três circuitos, a saber: primário, secundário e de refrigeração. No primeiro, a água é aquecida a uma temperatura de aproximadamente 320°C, sob uma pressão de 157 atmosferas. Em seguida, essa água passa por tubulações e vai até o gerador de vapor, onde vaporiza a água do circuito secundário, sem que haja contato físico entre

os dois circuitos. O vapor gerado aciona uma turbina, que movimenta o gerador e produz corrente elétrica.

CONTROLE DA REAÇÃO NUCLEAR

Com o objetivo de controlar a reação em cadeia são inseridas Barras de Controle no Núcleo do Reator. Essas Barras são constituídas de uma liga de Prata, Cádmio e Índio e têm a propriedade de absorver nêutrons, diminuindo assim o número de fissões.

Através de inserção ou retirada das Barras de Controle podemos manter constante a população de nêutrons e, conseqüentemente, a potência térmica do reator.

Outra forma de controlar as fissões é a adição de Ácido Bórico à água no interior do reator. Esse produto é usado devido à propriedade que possui os seus átomos de absorver os nêutrons situados na faixa de energia que provocaria fissões. Aumentando ou diminuindo a concentração de boro no refrigerante do reator fazemos o controle para termos maior ou menor número de fissões.

ENRIQUECIMENTO DO URÂNIO

O urânio é um minério que possui a capacidade de gerar energia elétrica e tem importância no tratamento do câncer. Entretanto, também é utilizado na produção de uma bomba atômica, tudo dependendo do seu processo de enriquecimento.

Em Caitité, no interior da Bahia, encontra-se a única mina da América Latina de extração do urânio. Depois que o minério é extraído, é refinado e transforma-se em um tipo de pó amarelo, que é purificado para a obtenção do urânio nuclear puro. O enriquecimento é realizado em grandes centrífugas, para que ao final, já enriquecido, o urânio seja transformado em pastilhas, sendo que somente uma delas já é capaz de abastecer uma casa com quatro moradores durante um mês. Por fim, as pastilhas são armazenadas no que se chama varetas e está pronto para mover as usinas. No caso do urânio extraído em Caitité, o combustível é responsável pelo funcionamento das usinas AngraI e II. O índice de enriquecimento determina a utilização do minério. Entre 3,5% e 5% - energia elétrica; a 20% - reatores que produzem equipamentos para tratamento de câncer; e a 90% - fabricação de armas nucleares.

VISÃO POLÍTICA E SOCIAL

Segundo a WNA (Associação Nuclear Mundial, da sigla em Inglês), hoje, 14% da energia elétrica no mundo, é gerada através de fonte nuclear e este percentual tende a crescer com a construção de novas usinas, principalmente nos países em desenvolvimento (China, Índia, etc.). Os Estados Unidos, que possuem o maior parque nuclear do planeta, com 104 usinas em operação, estão ampliando a capacidade de geração e aumentando a vida útil de várias de suas centrais. França, com 58 reatores, e Japão, com 50, tambem são grandes produtores de energia nuclear, seguidos por Rússia (33) e Coréia do Sul (21). 

A maior vantagem ambiental da geração elétrica através de usinas nucleares é a não utilização de combustíveis fósseis, evitando o lançamento na atmosfera dos gases responsáveis pelo aumento do aquecimento global e outros produtos tóxicos. Usinas nucleares ocupam áreas relativamente pequenas, podem ser instaladas próximas aos centros consumidores e não dependem de fatores climáticos (chuva, vento, etc.) para o seu funcionamento. 

Além disso, o urânio utilizado em usinas nucleares é um combustível de baixo custo, uma vez que as quantidades mundiais exploráveis são muito grandes e não oferecem risco de escassez em médio prazo. Pesquisas de opinião realizadas na Europa, nos Estados Unidos e na Ásia demonstram que a população aceita a construção de novas usinas nucleares e a substituição de plantas antigas por novas. Ambientalistas prestigiados como James Lovelock (autor da “Teoria de Gaia”) e e Patrick Moore (fundador do Green Peace) são unânimes em declarar que não

se pode abdicar da energia nuclear se pretendemos reduzir os riscos do aquecimento global e de todos os problemas relacionados a ele.

DESVANTAGENS DA ENERGIA NUCLEAR

Alto custo de construção, em razão da tecnologia e segurança empregadas, além de que, mesmo com todos os sistemas de segurança, há sempre o risco do reator vazar ou explodir, liberando radioatividade na atmosfera e nas terras próximas, num raio de quilômetros. Não existem soluções eficientes para tratamento do lixo radioativo, que atualmente é depositado em desertos, fundo de oceanos ou dentro de montanhas (existem projetos para enviar o lixo para o Sol, o que poderia ser a solução definitiva, mas muito cara e também perigosa).

VANTAGENS DA ENERGIA NUCLEAR

As principais vantagens da energia nuclear são: o combustível que é barato e pouco (em comparação com outras fontes de energia), é independente de condições ambientais/climáticas (não depende do sol, como usinas solares, ou da vazão de um rio, no caso das hidroelétricas), a poluição gerada (diretamente) é quase inexistente. Não ocupa grandes áreas. A quantidade de lixo produzido é bem reduzido. O custo da energia gerada fica em torno de 40 dólares por MW, mais caro que a energia das hidroelétricas, mas mais barato que a energia das termoelétricas, usinas solares, eólica, etc.

Lixo Radioativo

Os principais componentes que compõem o lixo radioativo produzido nas usinas nucleares, são os produtos da fissão nuclear que ocorre no reator. Após anos de uso de uma certa quantidade de Urânio, o combustível inicial vai se transformando em outros produtos químicos, como criptônio, bário, césio, etc, que não tem utilidade na usina. Ferramentas, roupas, sapatilhas, luvas e tudo o que esteve em contato direto com esses produtos, é classificado como lixo radioativo.

ACIDENTES NUCLEARES

Chernobyl, 26 de abril de 1986

O reator número 4 da usina soviética de Chernobyl, na Ucrânia, explodiu durante um teste de segurança, causando a maior catástrofe nuclear civil da história e deixando mais de 25 mil mortos, segundo estimativas oficiais. O acidente recebeu a classificação de nível máxima, 7. O combustível nuclear queimou durante 10 dias, jogando na atmosfera radionuclídeos de uma intensidade equivalente a mais de 200 bombas atômicas iguais à que caiu em Hiroshima. Três

quartos da Europa foram contaminados.

EUA, 28 de março de 1979

Em Three Mile Island (Pensilvânia), uma falha humana impediu o resfriamento normal de um reator, cujo centro começou a derreter. Os dejetos radioativos provocaram uma enorme contaminação no interior do recinto de confinamento, destruindo 70% do núcleo do reator. Um dia depois do acidente, um grupo de ecologistas mediu a radioatividade em volta da usina. Sua intensidade era oito vezes maior que a letal. Cerca de 140 mil pessoas foram evacuadas das proximidades do local. O acidente foi classificado no nível 5 da escala internacional de eventos nucleares (INES), que vai de 0 a 7.

Japão, 12 de março de 2011

O terremoto de 9 pontos da Escala Richter que atingiu o Japão em 11 de março, causou estragos na usina nuclear Daiichi, em Fukushima, cerca de 250 quilômetros ao norte de Tóquio. Explosões em três dos seis reatores da usina deixaram escapar radiação em níveis que se aproximam do preocupante, segundo as autoridades japonesas. O

acidente foi classificado no nível 5 da escala internacional de eventos nucleares (INES) pelas autoridades japonesas.

MEDICINA NUCLEAR

A medicina atômica apareceu como especialidade a partir de 1940 com o uso do iodo 131 no diagnóstico e tratamento das doenças da tireóide. Pouco tempo depois o mesmo isótopo (mesmo número atômico) do iodo foi usado como método de investigação em hematologia, servindo para medirem os volumes plasmático e corpuscular. Posteriormente foi utilizado para medir o volume sanguíneo total, volume plasmático e volume corpuscular e para determinar a sobrevida dos glóbulos vermelhos. Aos poucos, a nova especialidade médica, incorporou outros estudos até chegar ao conjunto complexo de procedimentos que são realizados hoje. Em 1952, o termo “Medicina Nuclear” substituiu a denominação de “Medicina Atômica”, que fora o primeiro nome da especialidade.

BOMBA ATÔMICA

As bombas nucleares se fundamentam na reação de fissão nuclear explosiva.Na madrugada do dia 16 de julho de 1945, ocorreu o primeiro teste nuclear da história, realizado no deserto de Alamogordo, Novo México. O segundo empregado pela primeira vez para fins militares durante a Segunda Guerra Mundial foi na cidade japonesa de Hiroshima e o terceiro na cidade de Nagasaki, esses últimos matando a totalidade dos habitantes entre os quais a maioria jovens e crianças indo as escolas. As bombas termonucleares (Bombas H) são mais potentes e se fundamentam em reações de fusão do hidrogênio ativadas por uma reação de fissão prévia. A bomba de fissão é o ignitor da bomba de fusão devido à elevada temperatura para iniciar o processo da fusão. 

Conclusão

A energia nuclear ainda será muito explorada, por conta da grande demanda de energia devido ao grande e crescente avanço tecnológico e pelo ótimo custo-benefício da produção, podendo até suprir todo o consumo de energia do mundo, além de ser considerada a fonte mais limpa das existentes atualmente. O Brasil também aumentará a utilização dessa fonte devido à grande reserva de urânio presente em seu território. Os defensores da energia nuclear como fonte energética consideram que, atualmente, estes processos são as únicas alternativas viáveis para o futuro, levando em conta a escassez de combustíveis fósseis. O ponto fraco está nas usinas nucleares, que, muitas vezes, acabam vazando urânio e causando devastação total da área em que está localizada, mas isso pode ser evitado com manutenção permanente e outras formas de prevenir acidentes nucleares.

BIBLIOGRAFIA

http://areaseg.com/vote2/html/un.html

http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/10-Outras_fontes(2).pdf

http://www.slideshare.net/soraiasilva0904/reaes-nucleares

http://www.infoescola.com

http://www.eletronuclear.gov.br