A energia nuclear: passado ou futuro?
A energia nuclear é a energia contida nos nucleões ou grupos de partículas que
formam os núcleos dos átomos.
Ao princípio do século XX, os físicos descobriram que o núcleo dos átomos de
determinados elementos pesados tais como urânio, rádio, plutónio e tório, eram instáveis, ou
seja, iam-se desintegrando pouco a pouco. Esses núcleos,
ao desintegrar-se, libertam partículas (alfa, beta ou
gama) com energia cinética muito elevada. Desde então,
tem-se provado que o núcleo de todos os átomos
armazena grandes quantidades de energia. Esta energia
pode ser libertada fundamentalmente por dois
processos:
1º. Através da rotura ou cisão de núcleos de átomos mais pesados como urânio,
originando átomos mais leves como krípton e bário;
2º. Através da união ou fusão de núcleos de átomos leves como hidrogénio, dando
assim origem à átomos mais pesados como hélio. No interior das estrelas a fusão nuclear dá-se
também entre outros átomos e não só com o hidrogénio.
Ainda antes desta descoberta, Einstein deu a conhecer a famosa relação massaenergia, indicando que a massa pode transformar-se em energia e vice-versa. Essa conclusão
teve ampla confirmação experimental. A partir de aí, a matéria passou a ser considerada uma
nova forma de energia. A fórmula de Einstein é:
𝐸 = 𝑚𝑐 2
Esta equação indica a quantidade de energia E contida em qualquer corpo de massa m
e c representa a velocidade da luz no vácuo (c=3.108 m/s).
Vejamos um exemplo de aplicação da fórmula de Einstein:
Quando se dá a cisão de 235,0 g de urânio, como já se disse acima, originam-se átomos
de krípton e bário, cuja massa total é 234,77 g. Mas afinal, qual a quantidade de energia
libertada neste processo?
Se forem mi e mf respectivamente as massas inicial e final, ∆m a diferença de massa e
∆E a quantidade de energia libertada, podemos escrever:
mi= 235,0 g
∆E=∆mc2
mf = 234,77g
Como ∆m=mf - mi vem que
∆m= 234,77 g - 235,0 g ⇔ ∆m= - 0,23 g = - 0,00023 kg
C= 3.108 m/s
Então, ∆E= - 0,00023.(3.108)2 ⇔ ∆E= - 2,1.1013 J
∆E=?
ou ∆E= - 6.106 kWh
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Portanto, ao libertar 6 milhões de kWh de energia, o sistema perde 1 cerca 0,23 g de
matéria. Tendo em conta que 1 kWh de energia eléctrica custa cerca de 0,14 €, a energia
produzida a partir da cisão de 235 g de urânio custaria cerca de 800.000 €. Além disso, tendo
em conta que o consumo mensal de energia eléctrica pelas famílias portuguesas ronda, em
média, uns 300 kWh, os 6.106 kWh produzidos
a partir de 235 g de urânio seriam suficientes
para o consumo de 20 mil famílias durante um
mês. Isso explica em parte os esforços de
muitos países em desenvolver a tecnologia
nuclear como fonte de energia, a pesar dos
riscos inerentes.
Por outro lado, quando se produz a
união de 2 átomos de hidrogénio por fusão,
nem toda a massa inicial se transforma em
hélio. Há uma pequena porção de matéria que
se converte em energia. Experiências
realizadas demosntraram que 4,022 g de
hidrogénio convertem-se em 4,003 g de hélio,
escapando-se1 0,029 g de hidrogénio inicial.
De facto,
comprovou-se que a energia
libertada pelo Sol provém da fusão nuclear de
hidrogénio (cerca de 80% da massa solar)
formando hélio (cerca de 20% da massa do Sol). Tal reacção de fusão nuclear só é possível
devido às elevadíssimas temperaturas existentes no interior do astro. A energia que nos chega
a nós sob forma de radiação é uma parte dos 725 mil kWh produzidos pela fusão de cada
4,022 g de hidrogénio. Não há dúvidas de que se tratam de cifras realmente espectaculares.
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Será que perde? De que forma?
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