Ciências da Natureza e
Suas Tecnologias
Química
Prof. Ricelly
19
nº
REATORES NUCLEARES
“
De uma forma simplificada, um Reator Nuclear é um
equipamento onde se processa uma reação de fissão nuclear.
Um Reator Nuclear, para gerar energia elétrica, é, na verdade,
uma Central Térmica, onde a fonte de calor é o urânio-235,
em vez de óleo combustível ou de carvão. É, portanto, uma
Central Térmica Nuclear. A grande vantagem de uma Central
Térmica Nuclear é a enorme quantidade de energia que pode
ser gerada, ou seja, a potência gerada, para pouco material
usado (o urânio).
Volume de material combustível necessário para gerar a
mesma quantidade de energia:
(Urânio-235 = 10 g; Óleo = 700 kg; Carvão = 1.200 kg)
o comBustÍVel NucleaR
O urânio-235, por analogia, é chamado de combustível
nuclear porque pode substituir o óleo ou o carvão para gerar
calor. Não há diferença entre a energia gerada por uma fonte
convencional (hidroelétrica ou térmica) e a energia elétrica
gerada por um Reator Nuclear.
Um Reator
Nuclear, para
gerar energia
elétrica, é
construído de
forma a ser
impossível
explodir como
uma bomba
atômica.
”
Ciências da Natureza e Suas Tecnologias
Reator Nuclear e Bomba Atômica
A bomba (“atômica”) é feita para ser possível explodir, ou seja, a reação em cadeia deve ser rápida e a quantidade de
urânio muito concentrado em urânio-235 (quer dizer, urânio enriquecido acima de 90%) deve ser suficiente para a ocorrência
rápida da reação. Além disso, toda a massa de urânio deve ficar junta, caso contrário não ocorrerá a reação em cadeia de
forma explosiva. Um Reator Nuclear, para gerar energia elétrica, é construído de forma a ser impossível explodir como uma
bomba atômica. Primeiro, porque a concentração de urânio-235 é muito baixa (cerca de 3,2%), não permitindo que a reação
em cadeia se processe com rapidez suficiente para se transformar em explosão. Segundo, porque dentro do Reator Nuclear
existem materiais absorvedores de nêutrons, que controlam e até acabam com a reação em cadeia, como, por exemplo, na
“parada” do Reator.
O Reator Nuclear existente em Angra
Um reator nuclear do tipo do que foi construído (Angra 1) e do que está em fase de construção (Angra 2) é conhecido como PWR
(Pressurized Water Reactor = Reator a Água Pressurizada), porque contém água sob alta pressão. O urânio, enriquecido a 3,2% em
urânio-235, é colocado, em forma de pastilhas de 1 cm de diâmetro, dentro de tubos (“varetas”) de 4 m de comprimento, feitos de uma
liga especial de zircônio denominada “zircalloy”.
Acidente em ChernobYl
O acidente nuclear de Chernobyl ocorreu dia 26 de abril de 1986, na Usina Nuclear de Chernobyl (originalmente chamada Vladimir Lenin),
na Ucrânia (então parte da União Soviética). É considerado o pior acidente nuclear da história da energia nuclear, produzindo uma nuvem
de radioatividade que atingiu a União Soviética, a Europa Oriental, a Escandinávia e o Reino Unido, com a liberação de 400 vezes mais
contaminação que a bomba que foi lançada sobre Hiroshima. Grandes áreas da Ucrânia, Bielorrússia e Rússia foram muito contaminadas,
resultando na evacuação e reassentamento de aproximadamente 200 mil pessoas.
Cerca de 60% de radioatividade caiu em território bielorrusso.
O acidente fez crescer preocupações sobre a segurança da indústria nuclear soviética, diminuindo sua expansão por muitos anos
e forçando o governo soviético a ser menos secreto. Os agora separados países de Rússia, Ucrânia e Bielorrússia têm suportado um
contínuo e substancial custo de descontaminação e cuidados de saúde devidos ao acidente de Chernobyl. É difícil dizer com precisão o
número de mortes causadas pelos eventos de Chernobyl devido às mortes esperadas por câncer, que ainda não ocorreram e são difíceis
de atribuir especificamente ao acidente. Um relatório da Organização das Nações Unidas de 2005 atribuiu 56 mortes até aquela data
– 47 trabalhadores acidentados e nove crianças com câncer da tireoide – e estimou que cerca de 4000 pessoas morrerão de doenças
relacionadas com o acidente. O Greenpeace, entre outros, contesta as conclusões do estudo.
Acidente no Japão
O acidente em uma central nuclear na cidade de Fukushima, no Japão, após o forte terremoto que atingiu o país, foi classificado como de
nível 4 na Escala Internacional de Eventos Nucleares, que vai de 0 a 7. A classificação é a terceira mais alta já concedida, ficando atrás apenas do
acidente em Three Mile Island, nos Estados Unidos, em 1979 (nível 5) e de Chernobyl, em 1986 (grau 7). A classificação 4 qualifica acidentes “com
consequências de alcance local”, segundo documentos da AIEA (Agência Internacional de Energia Atômica). O termo anomalia é utilizado para
o nível 1 e incidente para os níveis 2 e 3. O nível 4 é o pior até o momento no Japão, de acordo com a Agência Japonesa de Segurança Nuclear e
Industrial. O reator Daiichi 1, ao norte da capital Tóquio, começou a vazar radiação depois que o terremoto de magnitude 8,9 causou um tsunami,
prontamente levantando temores de um derretimento nuclear. O sistema de resfriamento do reator nuclear falhou após os tremores, causando
uma explosão que rompeu o telhado da usina. O governo insistiu que os níveis de radiação eram baixos. Segundo a agência de notícias japonesa
Jiji, três trabalhadores sofreram exposição radioativa perto da usina de Fukushima. Esta foi a primeira vez que o Japão confrontou uma ameaça
significativa de radiação desde o maior pesadelo de sua história, uma catástrofe exponencialmente pior: os ataques com bombas atômicas em
Hiroshima e Nagasaki, em 1945, que resultaram em mais de 200 mil mortes. As autoridades afirmam que os níveis de radiação em Fukushima
estavam elevados antes da explosão. Em determinado momento, a usina estava liberando a cada hora a quantidade de radiação que uma pessoa
normalmente absorve do ambiente em um ano.
Editoria de Arte/Folhapress.
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EXERCÍCIOS
1.Sobre a reação em cadeia, considere que a cada processo de fissão de um núcleo de 235U sejam liberados três nêutrons.
Na figura a seguir está esquematizado o processo de fissão, no qual um nêutron N0 fissiona um núcleo de 235U, no estágio
zero, liberando três nêutrons N1. Estes, por sua vez, fissionarão outros três núcleos de 235U no estágio um, e assim por
diante.
Estágio um
Estágio zero
N1
N0
235
N1
U
N1
Continuando essa reação em cadeia, o número de núcleos de 235U que serão fissionados no estágio 20 é:
20
a) 3 − 1
2
b) 320
c) 3
d)
320 − 1
2
320 + 1
2
e) 10(320 + 1)
2.Cientistas russos conseguem isolar o elemento 114 superpesado (Folha Online, 31.05.2006).
Segundo o texto, foi possível obter o elemento 114 quando um átomo de plutônio-242 colidiu com um átomo
de cálcio-48, a 1/10 da velocidade da luz. Em cerca de 0,5 segundo, o elemento formado transforma-se no
elemento de número atômico 112 que, por ter propriedades semelhantes às do ouro, forma amálgama com
mercúrio. O provável processo que ocorre é representado pelas equações nucleares:
242
94
Pu +
48
20
Ca → 114a X →
Y +b
286
112
Com base nessas equações, pode-se dizer que a e b são, respectivamente:
a)290 e partícula beta.
b) 290 e partícula alfa.
c)242 e partícula beta.
d)242 e nêutron.
e) 242 e pósitron.
3. O decaimento radioativo do carbono−14 é de primeira ordem e sua meia-vida é de 5 800 anos. Enquanto uma
planta ou um animal estão vivos, eles apresentam uma proporção constante de carbono−14 (em relação ao
carbono−12) em sua composição. Quando o organismo morre, a proporção de carbono−14 decresce como
resultado do decaimento radioativo e a idade do organismo pode ser determinada se a proporção de carbono−14
remanescente for medida.
Considere que a proporção de carbono−14 em um pedaço de madeira antiga foi determinada como sendo um
quarto daquela em árvores vivas.
Qual a idade da madeira?
a)7 300 anos.
b) 8 500 anos.
c)9 700 anos.
d)10 200 anos.
e) 11 600 anos.
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4.Dentre outras aplicações, a radiação nuclear pode ser utilizada para preservação de alimentos, eliminação de
insetos, bactérias e outros micro-organismos eventualmente presentes em grãos e para evitar que certas raízes
brotem durante o armazenamento. Um dos métodos mais empregados utiliza a radiação gama emitida pelo
isótopo 60Co. Esse isótopo é produzido artificialmente pela reação de um isótopo do elemento químico X com
um nêutron, gerando somente 60Co como produto de reação. O 60Co, por sua vez, decai para um elemento Y,
com a emissão de uma partícula beta de carga negativa e de radiação gama. Os elementos X e Y têm números
atômicos, respectivamente, iguaisa:
a)26 e 28
b) 26 e 29
c)27 e 27
d)27 e 28
e) 29 e 27
5.O funcionamento da maioria dos reatores nucleares civis baseia-se no isótopo 235 do urânio, 235
92 U . O urânio natural
apresenta uma distribuição isotópica de aproximadamente 0,72% de 235U e 99,27% de 238U. Para sua utilização em
reatores, o urânio deve ser enriquecido até atingir um teor de 3 a 4% em 235U. Um dos métodos utilizados nesse
processo envolve a transformação do minério de urânio em U3O8 sólido (yellow cake), posteriormente convertido em
UO2 sólido e, finalmente, em UF6 gasoso, segundo as reações representadas pelas equações:
UO2(S) + 4HF(g) → UF4(s) + 2H2O(g) (reação 1)
UF4(S) + F2(g) → UF6(g) (reação 2)
UO2(S) + 4HF(g) + F2(g) → UF6(g) + 2H2O(g) (reação global)
Os compostos de flúor utilizados no processamento do urânio são formados exclusivamente pelo isótopo
19, com massa atômica igual a 18,99840. O UF6 gasoso obtido no processamento do urânio é, portanto, uma
mistura de 235UF6 e 238UF6, com massas moleculares de 349,0343 e 352,0412, respectivamente. Numa etapa
subsequente do processamento, a mistura gasosa é reduzida a urânio metálico sólido por reação com magnésio.
Com relação a essas informações e aos processos de separação da mistura dos fluoretos de urânio, são feitas
as seguintes afirmações:
I. No processo de obtenção de urânio metálico a partir da reação de UF6 com magnésio, a diferença entre as
reatividades químicas de 235UF6 e 238UF6 permite a separação do urânio nas duas formas isotópicas puras;
II.O 235UF6 pode ser separado do 238UF6 por destilação fracionada do líquido obtido, após resfriamento da
mistura gasosa inicial;
III.A ultracentrifugação da mistura gasosa é um método conveniente para se obter o enriquecimento do
produto final em 235UF6.
É correto o que se afirma em:
a)I, apenas.
b) II, apenas.
c)III, apenas.
d)II e III, apenas.
e) I, II e III.
GABARITO (V. 18)
1
2
3
4
5
C
C
B
C
B
Professor Colaborador: Ronaldo Paiva
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OSG: 46448/11 - André 24/5/11 – REV.: TSS