Engenharia Explicativa: Energia Nuclear

INTRODUÇÃO

Nos tempos onde o assunto principal é o aquecimento global, a sociedade mundial procura meios mais limpos e eficientes de produzir energia, e com isso a energia nuclear volta à pauta. Discutiremos neste trabalho se realmente é viável a utilização desse recurso combinado com a crescente tecnologia apresentada nesse ramo nos últimos anos.

1. - O que é Energia Nuclear

Energia nuclear, energia liberada durante a fissão ou fusão dos núcleos atômicos. As quantidades de energia que podem ser obtidas mediante processos nucleares superam em muitas as que se pode obter mediante processos químicos, que só utilizam as regiões externas do átomo.

Alguns isótopos de certos elementos apresentam a capacidade de através de reações nucleares, emitirem energia durante o processo. Baseia-se no princípio que nas reações nucleares ocorre uma transformação de massa em energia. A reação nuclear é a modificação da composição do núcleo atômico de um elemento podendo transformar-se em outros elementos. Esse processo ocorre espontaneamente em alguns elementos; em outros se deve provocar a reação mediante técnicas de bombardeamento de nêutrons ou outras.

Existem duas formas de aproveitar a energia nuclear para convertê-la em calor: A fissão nuclear, onde o núcleo atômico se subdivide em duas ou mais, e a fusão nuclear, na qual ao menos dois núcleos atômicos se unem para produzir um novo núcleo.

A principal vantagem da energia nuclear obtida por fissão é a não utilização de combustíveis fósseis, não lançando na atmosfera gases tóxicos, e não sendo responsável pelo aumento do efeito estufa.

2 - Utilização da Energia Nuclear

Pode substituir fontes de energia e também substituir alguns combustíveis.

A utilização da energia nuclear vem crescendo a cada dia. é uma das alternativas menos poluentes, permite adquirir muita energia em um espaço pequeno e instalações de usinas perto dos centros consumidores, reduzindo o custo de distribuição de energia.

A energia nuclear torna-se mais uma opção para atender com eficácia à demanda energética no mundo moderno.

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, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coréia do Norte, Paquistão Índia, entre outros.

3 - Países e Locais que utilizam Energia Nuclear.

Países europeus são os que mais utilizam energia nuclear. Levando-se em consideração a produção total de energia elétrica no mundo, a participação da energia nuclear saltou de 0,1% para 17% em 30 anos, fazendo-a aproximar-se da porcentagem produzida pelas hidrelétricas. De acordo com a Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA) no final de 1998 havia 438 usinas nucleares em 32 países e 31 unidades sendo construídas em 15 países. A decisão de construir usinas depende em grande parte dos custos de produção da energia nuclear.

4 - Como funciona uma usina nuclear.

Uma vez constatada a existência da energia nuclear, restava descobrir como utilizá-la.

A forma imaginada para liberar a energia nuclear baseou-se na possibilidade de partir-se ou dividir-se o núcleo de um átomo. pesado, isto é, com muitos prótons e nêutrons, em dois núcleos menores, através do impacto de um nêutron. A energia que mantinha juntos esses núcleos menores, antes constituindo um só núcleo maior, seria liberada, na maior parte, em forma de calor (energia térmica).

O funcionamento de uma usina nuclear é bastante parecido ao de uma usina térmica. A diferença é que ao invés de nós termos calor gerado pela queima de um combustível fóssil, como o carvão, o óleo ou gás, nas usinas nucleares o calor é gerado pelas transformações que se passam nos átomos de urânio nas cápsulas de combustível. O calor gerado no núcleo do reator aquece a água do circuito primário. Esta água circula pelos tubos de um equipamento chamado Gerador de Vapor. A água de um outro circuito em contato com os tubos do Gerador de Vapor se vaporiza a alta pressão, fazendo gerar um conjunto de turbinas que tem junto a seu gerador elétrico. O movimento do gerador elétrico produz a energia, entregue ao sistema para distribuição.

4.1 - Controle da Reação de Fissão Nuclear em Cadeia

Descoberta a grande fonte de energia no núcleo dos átomos e a forma de aproveitá-la, restava saber como controlar a reação em cadeia, que normalmente não pararia, até consumir quase todo o material físsil (= que sofre fissão nuclear), no caso o urânio-235. Como já foi visto, a fissão de cada átomo de urânio-235 resulta em 2 átomos menores e 2 a 3 nêutrons, que irão fissionar outros tantos núcleos de urânio-235. 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. 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.

O Edifício do Reator, construído em concreto e envolvendo a Contenção de aço, é a quarta barreira física que serve para impedir a saída de material radioativo para o meio ambiente e, além disso, protege contra impactos externos (queda de aviões e explosões).

* 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.

5 - Elementos mais usados como fonte de energia

5.1 - Tório

As novas gerações de centrais nucleares utilizam o tório como fonte de combustível adicional para a produção de energia ou decompõe os resíduos nucleares em um novo ciclo denominado fissão assistida. Os defensores da utilização da energia nuclear como fonte energética consideram que estes processos são, atualmente, as únicas alternativas viáveis para suprir a crescente demanda mundial por energia ante a futura escassez dos combustíveis fósseis.

5.2 - Urânio

A principal finalidade comercial do urânio é a geração de energia elétrica. Quando transformado em metal, o urânio torna-se mais pesado que o chumbo, pouco menos duro que o aço e se incendeia com muita facilidade.

5.3 - Actínio

O Actínio é um metal prateado, altamente radioativo, com radioatividade 150 vezes maior do que o urânio. Usado em geradores termoelétricos.

6 –Desvantagens

O PROBLEMA

O que são os rejeitos nucleares produzidos pelas usinas

94%: combustível
- Uma mistura de urânio e plutônio que ainda pode ser reprocessada para gerar mais energia. O plutônio pode servir para fabricar bombas atômicas

5%: cinzas
- São substâncias altamente radioativas, como césio 137. Os elementos levam 300 anos para ficar inofensivos

1%: elementos pesados
- É uma mistura de elementos extremamente radioativos, chamados transurânicos. São perigosos por pelo menos

7 - Conseqüências da Energia Nuclear

A tecnologia nuclear é perigosa, já causou acidentes graves como o de Chernobil (Ucrânia), com milhares de mortes e enfermidades decorrentes desses acidentes, além da perda de grandes áreas. A utilização desse tipo de tecnologia continua apresentando graves riscos para toda a humanidade. Reatores nucleares e instalações complementares geram grandes quantidades de lixo nuclear que precisam ficar sob vigilância por longos anos. Não se conhecem técnicas seguras de armazenamento do lixo nuclear gerado. O horror nuclear em Hiroshima e Nagasaki marcou a primeira e única vez em que armas atômicas foram usadas deliberadamente contra seres humanos. Mais de 180 mil pessoas morreram nos ataques de 6 e 9 de Agosto de 1945 e outros milhares morreriam nos anos seguintes sofrendo de complicações causadas pela radiação.

8 - Desastres Nucleares

8.1 -Chernobyl

No dia 26 de abril de 1986, um experimento mal conduzido, causou a explosão do quarto reator de Chernobyl. Cerca de 31 pessoas morreram, na explosão e durante o combate ao incêndio. Outras centenas faleceram depois, por causa da exposição aguda à radioatividade, num grau 400 vezes maior que o da bomba de Hiroshima.

8.2 - Bomba Nuclear

Uma bomba atômica é uma arma explosiva cuja energia deriva de uma reação nuclear e tem um poder destrutivo imenso uma única bomba é capaz de destruir uma cidade inteira. Bombas atômicas só foram usadas duas vezes em guerra, pelos Estados Unidos contra o Japão nas cidades de Hiroshima e Nagasaki, durante a Segunda Guerra Mundial. No entanto, elas já foram usadas centenas de vezes em testes nucleares por vários países.

8.3 - Goiânia.

O acidente radiológico de Goiânia foi um grave episódio de contaminação por radioatividade ocorrido no Brasil. A contaminação teve início em 13 de Setembro de 1987, quando um aparelho utilizado em radioterapias foi furtado das instalações de um hospital abandonado, na zona central de Goiânia.

Foi em um ferro-velho que a cápsula de césio foi aberta para o reaproveitamento do chumbo. O dono do ferro-velho expôs ao ambiente 19,26 g de cloreto de césio-137 (CsCl), um sal muito parecido com o sal de cozinha (NaCl), mas que emite um brilho azulado quando em local desprovido de luz. Encantado com o pó que emitia um brilho azul no escuro. Ele mostrou a descoberta para a mulher, bem como o distribuiu para familiares e amigos. Pelo fato de esse sal ser higroscópico, ou seja, absorver a umidade do ar, ele facilmente adere à roupa, pele e utensílios, podendo contaminar os alimentos e o organismo internamente.

O instrumento roubado foi, posteriormente, desmontado e repassado para terceiros, gerando um rastro de contaminação o qual afetou seriamente a saúde de centenas de pessoas.

A limpeza produziu 13,4 toneladas de lixo atômico, que necessitou ser acondicionado em 14 contêineres que foram totalmente lacrados . Dentro destes estão 1.200 caixas e 2.900 tambores, que permanecerão perigosos para o meio ambiente por 180 anos. Para armazenar esse lixo atômico e atendendo às recomendações do IBAMA, da CNEN e da CEMAm, o Parque Estadual Telma Ortegal foi criado em Goiânia, hoje pertencente ao município de Abadia de Goiás, onde se encontra uma "montanha" artificial. Assim, os rejeitos foram enterrados em uma vala de aproximadamente 30 (trinta) metros de profundidade, revestida de uma parede de aproximadamente 1 (um) metro de espessura de concreto e chumbo, e sobre a vala foi construída a montanha.

8.4 - Usina Nuclear Three Miles Island (E.UA)

Duzentos e quarenta e dois reatores nucleares do tipo Angra ( PWR) já foram construídos e estão em operação, ocorrendo em um deles um acidente nuclear grave, imaginado em projeto, sem conseqüências para o meio ambiente. Foi o acidente de Three Miles Island (TMI), nos Estados Unidos. Nesse acidente, vazaram água e vapor do Circuito Primário, mas ambos ficaram retidos na Contenção. Com a perda da água que fazia a refrigeração dos elementos combustíveis, estes esquentaram demais e fundiram parcialmente, mas permaneceram confinados no Vaso de Pressão do Reator. Houve evacuação parcial (desnecessária) da Cidade. O Governador recomendou a saída de mulheres e crianças, que retornaram às suas casas no dia seguinte. Ao contrário do esperado, muitas pessoas quiseram ir ver o acidente de perto, sendo contidas por tropas militares e pela polícia. Embora o Reator Angra 1 seja do mesmo tipo do de TMI, ele não corre o risco de sofrer um acidente semelhante, porque já foram tomadas as medidas preventivas que impedem a repetição das falhas humanas causadoras daquele acidente. O mesmo acidente não poderia ocorrer em Angra 2, porque o projeto já prevê essas falhas e os meios de evitar que elas aconteçam. A figura mostra como ficou o Vaso de Pressão de Three Miles Island após o acidente, podendo-se notar os elementos combustíveis e as barras de controles fundidos e que o Vaso não sofreu danos.

9 - Energia nuclear no Brasil

A procura da tecnologia nuclear no Brasil começou na década de 50, com 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 nuclear no Brasil aconteceu 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 mostrava falta 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 possuiria 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.

A Central Nuclear de Angra, agora com duas unidades, está pronta para receber sua terceira unidade. Em função do acordo firmado com a Alemanha, boa parte dos equipamentos desta usina já estão comprados e estocados no canteiro da Central, com as unidades 1 e 2 existentes, praticamente toda a infraestrutura necessária para montar Angra 3 já existe, tais como pessoal treinado e qualificado para as áreas de engenharia, construção e operação, bem como toda a infraestrutura de canteiro e sistemas auxiliares externos. Desta maneira, a construção de Angra 3 é somente uma questão de tempo. Mais de US$ 750 milhões já foram gastos com a construção inacabada de Angra 3. Pelo menos mais US$ 1,8 bilhão seriam necessários para deixar a usina funcionando em 2012. 'O Brasil vai precisar de todas as fontes de energia, e a nuclear deve estar na lista', diz Edson Kuramoto, presidente da Associação Brasileira de Energia Nuclear. Mas hoje parece uma aposta muito alta para um país com outras opções, como reservas de gás natural, álcool e rios com potencial hidrelétrico ainda inexplorado.

Angra 1 encontra-se em operação desde 1982 e fornece ao sistema elétrico brasileiro uma potência de 657 MW. Angra 2, após longos períodos de paralização nas obras, inicia sua geração entregando ao sistema elétrico mais 1300 MW, o dobro de Angra 1.

10 - Energias utilizadas no país e no mundo

11 - Fusões Nuclear

A única tecnologia capaz de dissipar todas as dúvidas sobre os reatores atômicos é a fusão nuclear, considerada uma espécie de pedra filosofal da Física. A idéia é produzir energia a partir de átomos de hidrogênio, obtendo, como resultado da reação, o inofensivo gás hélio. Seria o fim dos dejetos radioativos e do temor de material desviado para fazer bombas. Na década de 90, pesquisas em laboratório comprovaram que, em teoria, é possível montar um reator de fusão. Mas ainda falta provar que ele é tecnicamente viável. No ano passado, um consórcio internacional decidiu construir um protótipo de 6 bilhões de euros (cerca de R$ 18 bilhões). A máquina, plantada na cidade francesa de Cadarache, deverá entrar em operação em 2015. O projeto é um esforço conjunto de Coréia do Sul, Japão, Estados Unidos, União Européia, Rússia e China. O reator é uma grande câmara de aço em forma de pneu, com um volume equivalente a meia piscina olímpica. Dentro dele, campos magnéticos serão utilizados para tentar fazer o gás hidrogênio chegar a uma temperatura superior a 100 milhões de graus Celsius, seis vezes mais quente que o núcleo do Sol. Essa é uma das principais dificuldades técnicas do projeto. Pesquisas realizadas sugerem que só mesmo um reator de grande porte pode provar se a fusão é de fato uma fonte de energia viável. É uma aposta pesada. Mas há muito em jogo. Se a técnica da fusão nuclear for dominada, a era do petróleo finalmente terá se encerrado no planeta.

11.1 - Como funciona um reator de fusão nuclear, que pode gerar energia barata e totalmente limpa

1. Combustível - O reator é alimentado por deutério e trítio, elementos produzidos a partir do hidrogênio contido na água

2. Túnel magnético - A mistura de deutério e trítio forma um plasma que circula rapidamente no interior do núcleo do reator

3. Revestimento - As paredes revestidas de ímãs aceleram o plasma, que chega a uma temperatura de 100 milhões de graus Celsius

4. Rejeitos - O resultado da reação nuclear são simples átomos de hélio, um gás inócuo, normalmente usado para encher balões em festas de criança

5. Estímulos - Injeções de átomos e de ondas de alta freqüência ajudam a manter a temperatura elevada no núcleo

6. Resfriamento - Um circuito de resfriamento por líquido de alta pressão sai do reator e gera eletricidade

Conclusão

O que consegui concluir é que a energia nuclear pode ser usada para o bem da humanidade (produzindo energia, etc), porém a sua capacidade de destruição é evidenciada por vários fatos e catástrofes, mostrando que o seu uso deve ser bem pensado e isento de erros.

Símbolo da presença de radiação

Deve ser respeitado, e não temido.