Energia Nuclear no Brasil
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1. O que é energia nuclear.
2. Reatores Nucleares.
3. Enriquecimento de Urânio.
4. Reator Nuclear de Angra.
5. Segurança Nuclear
6. Bibliografia.
1. O que é Energia Nuclear.
1.1 Modelos Atômicos.
Modelo do Pudim de Passas
Consistente com o
eletromagnetismo.
Experimento de Rutheford:
Rutherford found that although the vast majority of
particles passed straight through the foil approximately
1 in 8000 were deflected leading him to his theory that
most of the atom was made up of 'empty space'.
E AGORA ?
1. O que é Energia Nuclear.
1.1 Modelos Atômicos.
Ernest Rutherford publishes his atomic theory describing the atom as having a central positive
nucleus surrounded by negative orbiting electrons. This model suggested that most of the
mass of the atom was contained in the small nucleus, and that the rest of the atom was
mostly empty space.
Oras, para os átomos não
se
desfazerem deve então existir um
novo tipo de força: na realidade duas
forças
que
chamaremos
de
nucleares.
Como as forças nucleares impedem
que o núcleo se quebre e equilibram
uma forte repulsão elétrica, elas
devem ser poderosíssimas - de fato,
a força nuclear entre dois prótons
próximos um do outro é cerca de 1
000 000 de vezes maior que a
repulsão elétrica.
1. O que é Energia Nuclear.
1.1 Modelos Atômicos.
Mesmo com a ajuda de neutrons é difícil manter os núcleos unidos. Por isso não há
elementos estáveis na natureza mais pesados que o urânio.
E o urânio tem um número bem maior de neutrons do que prótons.
1. O que é Energia Nuclear.
1.1 Modelos Atômicos.
Another factor affecting the stability of a
nucleus is whether the number of protons
and neutrons is even or odd. Among the
354 known stable isotopes, 157 (almost
half) have an even number of protons and
an even number of neutrons. Only five have
an odd number of both kinds of nucleons.
In the universe as a whole (with the
exception of hydrogen) we find that the
even-numbered elements are almost
always much more abundant than the oddnumbered elements close to them in the
periodic table.
The number of neutrons plotted against the
number of protons for all the stable nuclei.
Note how the neutron/proton ratio increases
for the heavier elements.
1. O que é Energia Nuclear.
1.1 Modelos Atômicos.
Finally there is a particular stability associated with nuclei in which either the number
of protons or the number of neutrons is equal to one of the so-called "magic"
numbers 2, 8, 20, 28, 50, 82, and 126. These numbers correspond to the filling of
shells in the structure of the nucleus. These shells are similar in principle but different
in detail to those found in electronic structure. Of particular stability, and also of high
abundance in the universe, are nuclei in which both the-number of protons and the
number of neutrons correspond to magic numbers. Examples are 24He, 168O, 4020Ca,
and 20882Pb.
1. O que é Energia Nuclear.
1.2 Fissão Nuclear
Urânio-235 e Urânio-238
Comissão Nacional de Energia Nuclear Apostila educativa Energia Nuclear
O urânio-235 é um elemento químico que possui 92 prótons e 143 nêutrons no núcleo.
Sua massa é, portanto, 92 + 143 = 235.
Além do urânio-235, existem na natureza, em maior quantidade, átomos com 92 prótons e
146 nêutrons (massa igual a 238). São também átomos do elemento urânio, porque têm
92 prótons, ou seja, número atômico 92. Trata-se do urânio-238, que só tem possibilidade
de sofrer fissão por nêutrons de elevada energia cinética (os nêutrons “rápidos”).
Já o urânio-235 pode ser fissionado por nêutrons de qualquer energia cinética,
preferencialmente os de baixa energia, denominados
nêutrons térmicos (“lentos”).
A quantidade de urânio-235 na natureza é muito pequena: para cada 1.000 átomos de
urânio, 7 são de urânio-235 e 993 são de urânio-238 (a quantidade dos demais isótopos
é desprezível).
Para ser possível a ocorrência de uma reação de fissão nuclear em cadeia, é necessário
haver quantidade suficiente de urânio-235, que é fissionado por nêutrons de qualquer
energia, como já foi dito.
1. O que é Energia Nuclear.
1.2 Fissão Nuclear
The first time that nuclear fission was achieved in the laboratory was by the Italian
physicist Enrico Fermi (1901 to 1954) in 1934. Fermi was among the first to use
theneutron in nuclear reactions, following its discovery by Chadwick in 1932.
Se todos os núcleos em 1 Kg de Urânio 235 se desintegrarem em elementos mais
estáveis, a energia produzida será mais de um milhão de vezes maior que a liberada na
queima de 1 kg de petróleo ou carvão.
Detalhe: a probabilidade de um neutron de um feixe aplicado sobre o urânio atingir um
átomo de urânio é bem pequena. Mas:
1. O que é Energia Nuclear.
1.2 Fissão Nuclear
1. O que é Energia Nuclear.
1.2 Fissão Nuclear
Nas primeiras bombas bastou “queimar” 4 ou 5 Kg de urânio para obter o efeito
explosivo equivalente a 20.000 toneladas de nitroglicerina.
2.Reatores Nucleares
Bomba = liberação instantânea de grande quantidade de energia.
Reator = talvez a mesma quantidade de energia, mas liberação lenta.
2.Reatores Nucleares
Como já foi visto, a fissão de cada átomo de urânio235 resulta em 2 átomos menores e 2 a 3 nêutrons,
que irão fissionar outros tantos núcleos de urânio235. A forma de controlar a reação em cadeia
consiste na eliminação do agente causador da fissão:
o nêutron. Não havendo nêutrons disponíveis, não
pode haver reação de fissão em cadeia.
2.Reatores Nucleares
Alguns elementos químicos, como o boro, na
forma de ácido bórico ou de metal, e o cádmio,
em barras metálicas, têm a propriedade de
absorver nêutrons, porque seus núcleos podem
conter ainda um número de nêutrons superior
ao existente em seu estado natural, resultando
na formação de isótopos de boro e de cádmio.
2.Reatores Nucleares
A grande aplicação do controle da reação de fissão nuclear em cadeia é nos Reatores
Nucleares, para geração de energia elétrica.
2.Reatores Nucleares
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.
2.Reatores Nucleares
3.Enriquecimento de Urânio
Nos Reatores Nucleares do tipo PWR, é necessário haver a proporção de 32 átomos
de urânio-235 para 968 átomos de urânio-238, em cada grupo de 1.000 átomos de urânio,
ou seja, 3,2% de urânio-235.
O urânio encontrado na natureza precisa ser tratado industrialmente, com o objetivo de
elevar a proporção (ou concentração) de urânio-235 para urânio-238, de 0,7% para 3,2%.
Para isso deve, primeiramente, ser purificado e convertido em gás.
4.Reator Nuclear de Angra
4.Reator Nuclear de Angra
As participações de Angra 1 e 2 na geração de energia no país, em 2003, foram de 1,2% e
3% respectivamente, enquanto as usinas termelétricas responderam por 7,2%, as
hidrelétricas por 77,4% e a parte importada por 11,2% . Embora a participação da energia
nuclear seja pequena em termos globais, deve ser considerado que ela provém de apenas
duas usinas. Só Angra 2, que é a de maior capacidade instalada (1.350 MWe), gerou
10.498,5 GWh em 2001 e, segundo a publicação Nucleonics Week(2002), foi a 16ª usina
nuclear mais produtiva do mundo, tendo atingido mais de 32 milhões de MWh ao final de
2003.
4.Reator Nuclear de 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 cerca de 3,2% em urânio-235, é colocado, em forma de pastilhas
de 1 cm de diâmetro, dentro de tubos (“varetas”) de 4m de comprimento, feitos de uma
liga especial de zircônio, denominada “zircalloy”.
4.Reator Nuclear de Angra
4.Reator Nuclear de Angra
4.Reator Nuclear de Angra
Os reatores de Angra dos Reis são reatores a água pressurizada
(PWR), ou seja, são reatores que empregam água como
refrigerante e moderador. O moderador funciona diminuindo a
velocidade dos nêutrons liberados durante a reação de fissão do
235U, aumentando a probabilidade de sua captura por outros
núcleos de 235U e mantendo o reator em funcionamento. Uma
das vantagens desse tipo de reator é que o aquecimento excessivo
da água em seu interior diminui o aproveitamento. Isso ocasiona
uma redução da frequência de ocorrência de novas fissões,
fazendo a temperatura da água também diminuir, evitando uma
elevação contínua e, consequentemente, um acidente nuclear.
O Vaso de Pressão contém a água de refrigeração do núcleo do reator (os elementos
combustíveis). Essa água fica circulando quente pelo Gerador de Vapor, em circuito, isto
é, não sai desse Sistema, chamado de Circuito Primário.
Angra 1 tem dois Geradores de Vapor; Angra 2 terá quatro.
A água que circula no Circuito Primário é usada para aquecer uma outra corrente de
água, que passa pelo Gerador de Vapor.
4.Reator Nuclear de Angra
Independência entre os sistemas de refrigeração
A independência entre o Circuito Primário e o
Circuito Secundário tem o objetivo de evitar que,
danificando-se uma ou mais varetas, o material
radioativo (urânio e produtos de fissão) passe para o
Circuito Secundário. É interessante mencionar que a
própria água do Circuito Primário é radioativa.
5. Segurança Nuclear
5. Segurança Nuclear
5. Segurança Nuclear
5. Segurança Nuclear
5. Segurança Nuclear
6.Bibliografia
http://portal2.tcu.gov.br/portal/page/portal/TCU/imprensa/noticias/noticias_arqui
vos/Alfredo%20Tranjan.pdf
http://www.nuctec.com.br/educacional/enbrasil.html
http://www.rsc.org/chemsoc/timeline/pages/1911.html
http://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/GenChem-Textbook/Nuclear-Stability-748.html
http://smseletro.blogspot.com.br/2011/04/reatores-nucleares-de-agua-pressurizada.html
http://www.nuceng.ca/igna/FAQ/faq41-50.htm
http://www.tec.abinee.org.br/2004/arquivos/197.pdf
http://www.eletronuclear.gov.br/hotsites/eia/v01_02_caracterizacao.html
http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/fact-sheets/bio-effects-radiation.html
Livro: O que é Energia Nuclear – José Goldemberg. Coleção Primeiros Passos, Editora
Brasiliense, sexta edição, 1980.