Energia nuclear
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Energia nuclear é a energia liberada numa reação nuclear, ou seja, em processos de transformação de núcleos atômicos. Alguns isótopos de certos elementos apresentam a capacidade de se transformar em outros isótopos ou elementos através de reações nucleares, emitindo energia durante esse processo. Baseia-se no princípio da equivalência de energia e massa (observado por Albert Einstein),
segundo a qual durante reações nucleares ocorre transformação de massa
em energia. Foi descoberta por Hahn, Straßmann e Meitner com a
observação de uma fissão nuclear depois da irradiação de urânio com nêutrons.
A tecnologia nuclear tem a finalidade de aproveitar a energia nuclear, convertendo o calor emitido na reação em energia elétrica. Isso pode acontecer controladamente em reator nuclear ou descontroladamente em bomba atômica. Em outras aplicações aproveita-se da radiação ionizante emitida.
Índice[esconder] |
[editar] Tipos de reações nucleares
A reação nuclear é a modificação da composição do núcleo atômico
de um elemento, podendo transformar-se em outro ou outros elementos.
Esse processo ocorre espontaneamente em alguns elementos. O caso mais
interessante é a possibilidade de provocar a reação mediante técnicas de
bombardeamento de nêutrons ou outras partículas.
Existem duas formas de reações nucleares: a fissão nuclear, onde o núcleo atômico subdivide-se em duas ou mais partículas; e a fusão nuclear, na qual ao menos dois núcleos atômicos se unem para formar um novo núcleo.
[editar] Exemplo
Apenas um exemplo das mais de 1000 possíveis fissões de urânio-235:
Urânio captura um nêutron, torna-se instável e fraciona em bário e
criptônio com emissão de dois nêutrons.
Com esta reação Hahn e Strassmann demonstraram a fissão em 1938 através da presença de bário na amostra, usando espectroscopia de massa.
[editar] História
Ernest Rutherford,
o descobridor do núcleo atômico, já sabia que esses poderiam ser
modificados através de bombardeamento com partículas rápidas. Com a
descoberta do nêutron ficou claro que deveriam existir muitas
possibilidades dessas modificações. Enrico Fermi suspeitava que o núcleo ficaria cada vez maior acrescentando nêutrons. Ida Noddack
foi a primeira a suspeitar que "durante o bombardeamento de núcleos
pesados com nêutrons, esses poderiam quebrar em pedaços grandes, que são
isótopos de elementos conhecidos, mas não vizinhos dos originais na tabela periódica"
A fissão nuclear foi descoberta por Otto Hahn e Fritz Straßmann em
Berlim-1938 e explicada por Lise Meitner e Otto Frisch (ambos em exílio
na Suécia) logo depois, com a observação de uma fissão nuclear depois da
irradiação de urânio com nêutrons.
A primeira reação em cadeia foi realizada em dezembro de 1942 em um
reator de grafite de nome Chicago Pile 1 (CP-1), no contexto do projeto
"Manhattan" com a finalidade de construir a primeira bomba atômica, sob a
supervisão de Enrico Fermi na Universidade de Chicago.
[editar] Tipos de reatores
[editar] Reatores de fissão
Existem vários tipos de reatores, reatores de água leve (ingl. Light Water reactor ou LWR), reatores de água pesada (ingl. Heavy Water Reactor ou HWR), reator de rápido enriquecimento
ou "reatores incubadores" (ingl. Breeder reactor) e outros, dependendo
da substância moderador usada. Um reator de rápido enriquecimento gera
mais material físsil
(combustível) do que consome. A primeira reação em cadeia foi realizada
num reator de grafite. O reator que levou o acidente nuclear de
Chernobyl também era de grafite. A maioria dos reatores em uso para
geração de energia elétrica no mundo são do tipo água leve. A nova
geração de usinas nucleares, denominada G3+, incorpora conceitos de
segurança passiva, pelos quais todos os sistemas de segurança da usina
são passivos, o que as tornam intrinsecamente seguras. Como reatores da
próxima geração (G4) são considerados reatores de sal fundido ou MSR (ingl. molten salt reactor). Ainda em projeto conceitual, será baseada no conceito de um reator de rápido enriquecimento.
[editar] Reatores de fusão
O emprego pacífico ou civil da energia de fusão está em fase experimental, existindo incertezas quanto a sua viabilidade técnica e econômica.
O processo baseia-se em aquecer suficientemente núcleos de deutério até obter-se o estado plasmático. Nesse estado, os átomos de hidrogênio se desagregam permitindo que ao se chocarem ocorra entre eles uma fusão produzindo átomos de hélio.
A diferença energética entre dois núcleos de deutério e um de hélio
será emitida na forma de energia que manterá o estado plasmático com
sobra de grande quantidade de energia útil.
A principal dificuldade do processo consiste em confinar uma massa do
material no estado plasmático já que não existem reservatórios capazes
de suportar as elevadas temperaturas a ele associadas. Um meio é a
utilização do confinamento magnético.
Os cientistas do projeto Iter, do qual participam o Japão e a União Européia,
pretendem construir uma central experimental de fusão para comprovar a
viabilidade econômica do processo como meio de obtenção de energia.
[editar] Bomba atômica
As bombas nucleares fundamentam-se na reação nuclear (i.e. fissão ou fusão nuclear) descontrolada e portanto explosiva.
A eficácia da bomba atômica baseia-se na grande quantidade de energia
liberada e em sua toxicidade, que apresenta duas formas: radiação e
substâncias emitidas (produtos finais da reação e materiais que foram
expostos à radiação), ambas radioativas. A força da explosão é de 5 mil
até 20 milhões de vezes maior, se comparada a explosivos químicos. A
temperatura gerada em uma explosão termonuclear atinge de 10 até 15
milhões de graus Celsius no centro da explosão.
Na madrugada do dia 16 de julho de 1945, ocorreu o primeiro teste nuclear da história, realizado no deserto de Alamogordo, Novo México, o chamado Trinity test.
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.
Essas explosões mataram ao todo cerca de 155.000 pessoas imediatamente,
além de 110.000 pessoas morrerem durante as semanas seguintes, em
consequência dos efeitos da radioatividade. Além disso, suspeita-se que
até hoje mais 400.000 morreram devido as efeitos de longo prazo da
radioatividade [1]
As bombas termonucleares são ainda mais potentes e fundamentam-se em reações de fusão de 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.
[editar] Toxicidade de radioativos
A toxicidade
baseia-se na radiação emitida pelas substâncias envolvidas na reação
nuclear. Assim, tanto o material utilizado, quanto todo entorno serão
fonte de radioatividade e, portanto, tóxicos.
A descobridora da radiação ionizante, Marie Curie, sofreu envenenamento radioativo,
em 1898, por manipular materiais radioativos levando a inflamação nas
pontas dos dedos e no final da vida ela sofreu e morreu de leucemia.
[editar] Aplicação civil
A fissão nuclear do urânio é a principal aplicação civil da energia nuclear. É usada em centenas de centrais nucleares em todo o mundo, principalmente em países como a França, Japão, Estados Unidos, Alemanha, Brasil, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coreia do Norte, Paquistão e Índia, entre outros.
A percentagem da energia nuclear na geração de energia mundial é de 6,5 % (1998,UNDP) e de 16 % na geração de energia elétrica. No mês de janeiro 2009 estavam em funcionamento 210 usinas nucleares em 31 países com ao todo 438 reatores produzindo a potência elétrica total de 372 GW.
| País | Em funcionamento | Desligado | Em construção | Geração de energia elétrica |
|||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nú- mero |
Potência líquida em MW |
Potência brutta em MW |
Nú- mero |
Potência líquida em MW |
Potência brutta em MW |
Nú- mero |
potência líquida em MW |
Potência brutta em MW |
2006 em TWh |
Percen- tagem em % |
|
| Argentina | 2 | 935 | 1.005 | – | – | – | 1 | 692 | 745 | 6,9 | 7 |
| Armênia | 1 | 376 | 408 | 1 | 376 | 408 | – | – | – | 2,4 | 42 |
| Bélgica | 7 | 6.092 | 5.801 | 1 | 11 | 12 | – | – | – | 44,3 | 54 |
| Brasil | 2 | 1.901 | 2.007 | – | – | – | 1 | 1.405 | 1.500 | 13,8 | 3 |
| Bulgária | 2 | 1.906 | 2.000 | 4 | 1.632 | 1.760 | 2 | 1.906 | 2.000 | 18,1 | 44 |
| China | 11 | 8.587 | 9.078 | – | – | – | 5 | 4.220 | 4.534 | 54,8 | 2 |
| Alemanha | 17 | 20.425 | 21.452 | 19 | 5.944 | 6.337 | – | – | – | 158,7 | 26 |
| Finlândia | 4 | 2.676 | 2.780 | – | – | – | 1 | 1.600 | 1.720 | 22,0 | 20 |
| França | 59 | 63.363 | 66.130 | 11 | 3.951 | 4.098 | 1 | 1.600 | 1.650 | 428,0 | 78 |
| Índia | 17 | 3.732 | 3.900 | – | – | – | 6 | 2.910 | 3.160 | 15,6 | 3 |
| Irã | – | – | – | – | – | – | 1 | 915 | 1.000 | – | – |
| Itália | – | – | – | 4 | 1.423 | 1.472 | – | – | – | – | – |
| Japão | 56 | 47.593 | 49.580 | 4 | 566 | 624 | 1 | 866 | 912 | 291,5 | 30 |
| Canadá | 18 | 12.584 | 13.360 | – | – | – | 7 | 3.046 | 3.243 | 92,4 | 16 |
| Cazaquistão | – | – | – | 1 | 52 | 90 | – | – | – | – | – |
| Lituânia | 1 | 1.185 | 1.300 | 1 | 1.185 | 1.300 | – | – | – | 8,7 | 70 |
| México | 2 | 1.360 | 1.364 | – | – | – | – | – | – | 10,4 | 5 |
| Holanda | 1 | 482 | 515 | 1 | 55 | 58 | – | – | – | 3,3 | 4 |
| Paquistão | 2 | 425 | 462 | – | – | – | 1 | 300 | 325 | 2,5 | 3 |
| Romênia | 2 | 1.310 | 1.412 | – | – | – | – | – | – | 5,2 | 9 |
| Rússia | 31 | 21.743 | 23.242 | 5 | 786 | 849 | 7 | 4.585 | 4.876 | 144,3 | 16 |
| Suécia | 10 | 8.916 | 9.275 | 3 | 1.210 | 1.242 | – | – | – | 65,0 | 48 |
| Suiça | 5 | 3.220 | 3.372 | – | – | – | – | – | – | 26,3 | 37 |
| Eslováquia | 5 | 2.034 | 2.200 | 2 | 518 | 584 | – | – | – | 16,6 | 57 |
| Eslovênia | 1 | 666 | 730 | – | – | – | – | – | – | 5,3 | 40 |
| Espanha | 8 | 7.450 | 7.728 | 2 | 621 | 650 | – | – | – | 57,4 | 20 |
| África do Sul | 2 | 1.800 | 1.888 | – | – | – | – | – | – | 10,1 | 4 |
| Coreia do Sul | 20 | 16.810 | 17.716 | – | – | – | 4 | 3.800 | 4.000 | 141,2 | 39 |
| Taiwan | 6 | 4.884 | 5.144 | – | – | – | 2 | 2.600 | 2.700 | 37,0 | 22 |
| Rep. Tcheca | 6 | 3.538 | 3.742 | – | – | – | – | – | – | 24,5 | 32 |
| Ucrânia | 15 | 13.107 | 13.835 | 4 | 3.500 | 3.800 | 2 | 1.900 | 2.000 | 84,8 | 48 |
| Hungria | 4 | 1.755 | 1.866 | – | – | – | – | – | – | 12,5 | 38 |
| E.U.A. | 104 | 99.210 | 105.664 | 28 | 9.764 | 10.296 | 1 | 1.165 | 1.218 | 787,2 | 19 |
| Reino Unido | 19 | 10.982 | 11.902 | 26 | 3.324 | 3.810 | – | – | – | 69,2 | 19 |
| Mundo | 440 | 371.047 | 390.858 | 117 | 34.918 | 37.390 | 42 | 32.105 | 34.083 | 2.660 | 17 |
[editar] Vantagens da energia nuclear
A principal vantagem da energia nuclear obtida por fissão é a não utilização de combustíveis fósseis. Considerada como vilã no passado, a Energia Nuclear passou gradativamente a ser defendida por ecologistas de nome como James E. Lovelock
por não gerarem gases de efeito estufa. Estes ecologistas defendem uma
virada radical em direção à energia nuclear como forma de combater o
aquecimento global.
Em comparação com a geração hidrelétrica,
a geração a partir da energia nuclear apresenta a vantagem de não
necessitar o alagamento de grandes áreas para a formação dos lagos de
reservatórios, evitando assim a perda de áreas de reservas naturais ou
de terras agriculturáveis, bem como a remoção de comunidades inteiras
das áreas que são alagadas. Outra vantagem da energia nuclear em relação
à geração hidrelétrica é o fato de que a energia nuclear é imune à
alterações climáticas futuras que porventura possam trazer alterações no
regime de chuvas.
Já que a maior parte (cerca de 96%) do combustível nuclear queimado é
constituída de Urânio natural, uma grande parte do combustível
utilizado nos reatores nucleares é reprocessado em plantas de
reprocessamento como a Urenco no Novo México. Cerca de 60% do
combustível nuclear é mandado diretamente para o reprocessamento. O
reprocessamento visa re-enriquecer o urânio exaurido, tornando possível
que ele seja novamente utilizado como combustível.
A parte do combustível que nao é reprocessada imediatamente é
armazenada para reprocessamento futuro, ou é armazenada
semi-definitivamente em depósito próprio.
Cerca de 4% do total do combustível queimado é constituído dos
chamados produtos de fissão e da série dos actinídeos, que são
originados a partir da fissão do combustível nuclear. Estes podem
incluir elementos altamente radioativos como o Plutônio, Amerício e
Césio. Atualmente esses elementos são separados do urânio que será
reprocessado e são armazenados em depósitos projetados especificamente
para armazenamento de elementos radioativos ou utilizados em pesquisas. O
Plutônio têm valor estratégico e científico particularmente alto por
ser utilizado na fabricaçao de armamentos nucleares e também para
pesquisas relacionadas aos chamados Fast Breed Reactors, que são
reatores que operam utilizando uma combinaçao de urânio natural e
plutônio como combustível.
[editar] Desvantagens da energia nuclear
[editar] Resíduos radioativos
Ver artigo principal:
A geração de rejeito radioativo de usinas nucleares é normalmente
baixa, mas representa um problema pois os elementos contidos no
combustível queimado, pricipalmente os produtos de fissão, demoram um
tempo muito longo para decairem em outros elementos e apresentam alta
radioatividade, portanto é necessário que eles fiquem confinados em um
depósito próprio onde não possa haver nem interferência humana externa
nem interferência ambiental (já que a inteferência ambiental pode causar
vazamentos e deslocamento dos elementos).
Considera-se que apenas uma quantidade de 1 quilograma de
Plutônio-239 seria teoricamente suficiente de causar a extinção da
população humana ao longo prazo. Em um ano, um reator nuclear de 1200 MW
(como p. ex. o de Angra 2) produz 265 kg desse material, que tem uma meia-vida de 24.000 anos.[2]
[editar] Acidentes
O acidente no reator de Chernobyl (ex-URSS) contaminou
radioativamente uma área de aproximadamente 150.000 km² (corresponde
mais de três vezes o tamanho do estado do Rio de Janeiro), sendo que
4.300 km² possuem acesso interditado indefinidamente. Até 180
quilômetros distantes do reator situam-se áreas com uma contaminação de
mais de 1,5 milhões de Becquerel por km², o que as deixa inabitáveis por
milhares de anos.
[editar] Perigos aos funcionários
Principalmente todo funcionario operando na proximidade de
substâncias radioativas está exposto ao risco de contaminação e portanto
deve cumprir regras rigidas de segurança radiológica. Mesmo assím, já
aconteceram vários imprevistos na história da energia nuclear, nem todos
classificados pela Agência Internacional de Energia Nuclear (IAEO). [3]
Um funcionário do institudo de pesquisa nuclear belga em Mol
(EURATOM) sofreu um acidente em 1980 que o expôs a Plutônio-239 e
provavelmente o levou a morte por leucemia 8 anos depois. Pesquisas em
cachorros, motivadas por esse incidente, demonstraram que 3,24 miligrama
de Plutônio-239 absorvidos pelo pulmão resultam em morte por câncer. [4]
[editar] Segurança
A Agência Internacional de Energia Atómica
alertou que terroristas poderiam vir a comprar resíduos radioativos,
por exemplo de países da ex-URSS ou de países com ditaturas que usam
tecnologias nucleares, tais como Irã ou Coreia-Norte, e construir uma
chamada "bomba suja".
O quão fácil é desviar materiais altamente radioativos é demonstrado pelo exemplo do acidente radiológico de Goiânia, no Brasil em 1987, onde foi encontrada por moradores em um lixão,
contida dentro de uma máquina hospitalar e levada para casa e exposta a
todos do bairro, pois, brilhava no escuro. uma pedra de sal de cloreto
de Césio-137, um isótopo radioativo, de um hospital abandonado.
Nunca foi registrado qualquer tipo de acidente externo à uma usina
nuclear relacionado com o material utilizado na produçao de energia
nuclear, ou seja, combustível nuclear, apesar de vários casos envolvendo
acidentes cívis com fontes médicas e comerciais de radiaçao.
Uma usina nuclear, justamente por lidar com algo potencialmente
perigoso e que já resultou em acidentes no passado, tem normas de
segurança tanto nacionais quanto internacionas que garantem que cada
procedimento seja feito de acordo com todos os padrões de segurança. A
Agência Internacional de Energia Atômica é um orgão internacional
regulatório que salva-guarda a construção e uso da energia nuclear no
mundo. Os requisitos para a obtenção de salva-guarda são severos e
reconhecidos pela exigência em relação à segurança e operação de usinas
nucleares; sem uma salva-guarda, um país é proibido de realizar a
construção de instalações nucleares. Um dos requisitos para a obtenção
de salva-guarda é que a instalação em questão deve ser supervisionada
durante toda a sua existência por um grupo internacional de supervisores
especializados em segurança radiológica e nuclear.
[editar] Gases de estufa
A produção de gases de estufa de uma usina núclear comum está de 3 a 6
vezes maior comparada com a energia hídrica e éolica, considerando o
processo todo necessário para operá-la.[carece de fontes]
FONTE: Wikipédia, a Enciclopédia Livre.
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