Fonte: http://www.quimica.seed.pr.gov.br/modules/galeria/detalhe.php?foto=1613&evento=4 Localizada a 65 quilômetros de Las Vegas, Yuca Flat é uma das regiões de testes nucleares do estado americano de Nevada. No dia 18 de dezembro de 1970, um exercício de detonação de dispositivo de alta potência no subterrâneo da região provocou rachaduras no solo e detritos radioativos escaparam para a atmosfera. Oitenta e seis trabalhadores no local foram expostos a radiação. Fonte: http://exame.abril.com.br/tecnologia/os-maiores-acidentes-nucleares-da-historia/ Video de apoio: https://www.youtube.com/watch?v=abtvODL2fn4
Usina de Windscale - Inglaterra, 1957. Mas um acidente fruto da negligência com a segurança, dessa vez no Reino Unido. Durante a corrida armamentista nuclear, após a Segunda Guerra Mundial, a Inglaterra resolveu construir uma bomba atômica o mais rápido possível, na cidade de Windscale. O incidente ocorreu no dia 10 de outubro de 1957, com um incêndio no núcleo do reator britânico, que levou ao vazamento de material radioativo para a atmosfera das regiões vizinhas. Temendo manchar a imagem do seu programa nuclear, o governo inglês tentou esconder o acidente, que teria causado mais de duas centenas de casos de câncer entre as comunidades vizinhas ao incêndio.
A geração de energia nuclear é feita
a partir de elementos como Urânio, Polônio, Tório, entre outros. Estes
elementos químicos são instáveis devido ao tamanho dos núcleos dos átomos,
mesmo espontaneamente, emitem energia para buscar a estabilidade. Além de
liberar energia, em forma de radiação gama, por exemplo, eles também ejetam
partículas, como nêutrons, elétrons e até mesmo partículas alfa, constituídas
de dois prótons e dois nêutrons, provenientes de seu núcleo atômico.
Atualmente, admite-se que a massa
seja uma forma de energia, ou seja, que podemos transformar massa em energia,
uma explicação plausível pode ser descrita conforme a famosa equação de
Einstein, E=m.c², sendo E= energia, m= massa e c= velocidade da luz no vácuo
(300.000 km/s). Se pegarmos uma determinada quantidade de material,
fissionarmos (quebrarmos os núcleos dos átomos), e ao final consideramos a
massa dos fragmentos gerados, veremos que a massa inicial não corresponde à
massa final, essa diferença de massas foi transformada em energia conforme a
equação apresentada.
A fissão nuclear é o processo onde um
núcleo atômico se quebra ao ser atingido por um nêutron, originando dois
núcleos menores e liberando mais nêutrons que atingem outros núcleos e os
fissionam também, originando uma reação em cadeia. Este processo é iniciado
artificialmente para que haja grande liberação de energia, principalmente em
forma de radiação e muito calor.
Esta energia liberada pode ser usada de várias
formas, uma delas é a geração de energia elétrica.
CONVERSÃO EM ENERGIA ELÉTRICA
O gerador de energia elétrica consiste em um sistema semelhante a um motor
elétrico. Um sistema de imãs colocado em movimento em relação a uma bobina de
fios condutores. A variação do campo magnético gerado por este movimento
constante induz o surgimento de corrente elétrica nos fios condutores.
Desta forma, na maioria dos processos
de geração de energia elétrica, o sistema é o mesmo, a diferença está na fonte
de energia para colocar a turbina em movimento - força do vento (eólica), água
a alta pressão em barragens (hidrelétricas) ou vapor de água a alta pressão
provocada pelo aquecimento da água, seja por meio da queima de combustíveis
(usinas termoelétricas) ou fissão nuclear (usinas nucleares).
O equipamento utilizado para a geração de energia elétrica a partir da
fissão nuclear é constituído de três circuitos. No primeiro, chamado de reator,
ocorrem os fenômenos descritos acima. Nesses processos há uma grande liberação
de energia aquecendo certa quantidade de água ali presente, esta água (a alta
temperatura) passa em dutos por dentro de um segundo circuito de água,
aquecendo-a também sem que ambas entrem em contato. Uma vez aquecida, a água
que está no segundo circuito gera vapor a alta pressão, este vapor é canalizado
e faz girar uma turbina ligada ao gerador de energia elétrica.
Toda a água presente no segundo circuito é resfriado por um terceiro
circuito, para que a pressão do vapor não rompa o sistema, voltando assim à
forma líquida.
No reator, existem também as chamadas barras de
contenção, que minimizam a reação em cadeia e a controlam. Estas barras são
postas no meio da reação em cadeia para que os nêutrons sejam absorvidos por
elas, controlando as fissões. Muitas dessas barras são constituídas de grafite,
cádmio, entre outros elementos.
BENEFÍCIOS E MALEFÍCIOS
Um dos pontos positivos deste método de geração de energia é o fato de
não haver emissão de gases que contribuam para o aquecimento global, não
havendo interferência no clima. Outro aspecto importante é que as usinas
nucleares não necessitam de grandes áreas para funcionar ou de condições
climáticas específicas, diferentes de outras formas de produção de energia como
a hidrelétrica, eólica, solar.
Usina Angra 1
Porém, uma usina nuclear produz lixo radioativo, cujo descarte ainda é
um grande problema. Este lixo consiste em átomos ainda radioativos provenientes
das fissões ocorridas no reator. Em alguns casos ele é apenas armazenado na
própria usina, em outros casos ele é colocado em caixas de chumbo e jogado no
fundo do mar. Uma possibilidade para alguns materiais é ser utilizado novamente
como matéria prima para a geração de energia em processo bem perigosos, vale
ressaltar que muito desse lixo radioativo não pode ser utilizado dessa forma.
Outro aspecto negativo é a instalação de usinas nucleares próximo as
margens de oceanos, para utilização da água do mar no terceiro circuito , ou
seja, como água para resfriamento. Esta utilização traz como consequência o
desequilíbrio do ecossistema ali presente devido a água que é liberada
novamente ao meio. Mesmo não estando contaminada, a água volta com baixa concentração
de oxigênio devido ao aquecimento, que também é um fator relevante nas
alterações locais.
Aqui está um vídeo que fala um pouco mais sobre a produção de energia nuclear:
Criada em 1957, como fruto da corrida nuclear da União Soviética, a usina de Mayak sofreu uma falha no sistema de refrigeração do compartimento de armazenamento de resíduos nucleares. O erro causou uma explosão em um tanque com 80 toneladas de material radioativo.
A nuvem de gás contaminou a região em um raio de 800 km. Como a cidade de Ozyorsk, onde aconteceu o acidente, não estava no mapa soviético, o fato ficou marcado como “o desastre de Kyshtym”. Cerca de dez mil pessoas foram evacuadas, sem explicação do governo. Foram registradas pelo menos 200 mortes por causa da exposição à radiação.
Os estudos
sobre a radioatividade trouxeram grande avanço para o conhecimento humano,
avanço que contribuiu para a utilização desses fenômenos não só na vida
cotidiana, mas também no desenvolvimento bélico.
A produção de armamentos nucleares teve origem na década de 30
quando os cientistas, Otto Hahn, Fritz Strassmann e Lise Meitner, estudando a
produção de elementos mais pesados que o urânio, realizaram experimentos de
bombardeio com nêutrons.
Fritz Straßmann, Lise Meitner and Otto Hahn
Esses cientistas não
obtiveram êxito na obtenção de elementos com massa atômica superior ao urânio
mas, por outro lado, conseguiram obter elementos de massa menor em um processo
denominado fissão nuclear. Apesar da obtenção de elementos mais leves não ser o
intuito, foi constatada a enorme quantidade de energia liberada no processo de
fissão. Em uma simples comparação, a energia liberada na fissão de uma amostra
de urânio-235 é um milhão de vezes superior à energia produzida pela mesma
quantidade de petróleo. Esse fenômeno foi descoberto em uma época de extrema
crise, a máquina de guerra da Alemanha nazista devastando a Europa e a
perseguição aos judeus provocando um êxodo de cientistas da Alemanha, dentre
eles Lise Meitner, Albert Einstein e muitos que iriam posteriormente colaborar
para a fabricação da primeira bomba atômica. Quando o cientista dinamarquês
Niels Bohr tomou ciência da descoberta da fissão do urânio pelos alemães,
surgiu o temor entre os cientistas aliados do uso da energia obtida na fissão pelos
nazistas. Assim, nos Estados Unidos, uma rede de cientistas começou a trabalhar
naquela que seria a maior concentração de cientistas para trabalhar em um único
só tema: o Projeto Manhattan.
Em dois de dezembro de 1942 iniciou-se a "Era Atômica", com
a operação do primeiro reator nuclear na Universidade de Chicago.
Chicago Pile-1
Chicago Pile-1 (CP-1) foi o
primeiro reator nuclear artificial. O CP-1 foi
construído em uma sala de jogos com raquetes,
sob o estádio de futebol americano abandonado Alonzo Stagg na Universidade de Chicago. A primeira reação nuclear artificial auto-sustentada foi
iniciada em 2 de dezembro de 1942, às 15h25min e terminada 28 minutos depois.
Em seguida, em 16 de julho
de 1945, foi realizado o primeiro teste com uma bomba atômica no deserto de
Alamogordo (EUA). Em consequência do potencial destrutivo da bomba atômica,
diversos cientistas desaconselharam seu uso. Indiferente a esse clamor pacifista,
ainda em 1945, as explosões de duas bombas atômicas no Japão decretaram o
término da Segunda Guerra Mundial. Em seis de agosto, 80.000 pessoas morreram
em decorrência da explosão na cidade de Hiroxima e, em nove de agosto, outras
40.000 foram vítimas fatais em Nagasaqui.
Em um período posterior à Segunda Guerra
Mundial, denominado Guerra Fria, Estados Unidos e União Soviética, que se
tornaram as duas maiores potências da época, passaram a buscar a supremacia,
travando embates em diferentes áreas, que foram desde competições esportivas
até conquistas espaciais. Nessa disputa, o poderio militar era um item
considerável e, obviamente, o aumento do arsenal nuclear era um ponto
fundamental.
Em consequência, no início dos
anos 50, americanos (1952) e soviéticos (1953) já testavam suas bombas de
hidrogênio. Baseada na reação de fusão do hidrogênio com a formação de átomos
de hélio, esse armamento demonstrou uma potência destruidora superior à bomba
atômica.
Com o final da Guerra Fria, as
grandes potências passaram a negociar o
desarmamento e o fim dos testes nucleares.
Líderes mundiais na
3ª Cúpula sobre Segurança Nuclear, realizada em março de 2014 em Haia, Holanda.
Entretanto, no início do século
XXI, a ameaça nuclear ainda existe nas concepções bélicas de um outro grupo de
países, como Israel, Índia, Coréia do Norte e Paquistão.
Em 1896, Becquerel (cientista francês) guardou uma amostra de óxido de urânio em uma gaveta que continha alumas placas fotográficas. Ele ficou surpreso ao notar que o composto de urânio havia escurecido as placas, apesar delas terem sido cobertas por um material opaco. Becquerel percebeu que o composto de urânio estava emitindo algum tipo de radiação. Por outro lado Marie Curie, uma jovem da Polônia que preparava seu doutorado mostrou que a radiação, que ela chamou de radioatividade, era emitida pela urânio e por sua vez, independia do composto em que ele estava. Logo, concluiu que os átomos de urânio eram uma fonte de radiação, e juntamente com Pierre (seu marido) ela conseguiu trabalhar na situação e descobrir que o tório, rádio e o polônio também eram uma fonte de radiação.
Placa fotográfica observada por Becquerel através do urânio.
Todo mundo radioativo ainda era um mistério, pois na época os núcleos atômicos não eram descobertos.
Em 1898, Rutherford deu um importantíssimo passo para descoberta de sua origem, quando identificou três tipos de radiação: α (alfa), β (beta) e γ (gama).
Quando Rutherford teve a brilhante ideia de passar a radiação entre dois eletrodos com carga elétrica, ele percebeu que um dos tipos da radiação era atraído para o eletrodo com carga negativa, e conclui que essa radiação está envolvida com radiação de cargas positivas que ele denominou como sendo as alfas. A partir da carga e das massas, ele pôde identifica-las como átomos de Hélio que tinham perdido seus dois elétrons (posteriormente quando ele identificou o núcleo pôde dizer que essas partículas estavam no núcleo atômico do Hélio, He(2+). Ele pode dizer também que o eletrodo positivo atraia uma radiação de carga negativa, e pela mesma razão e estudo das partículas alfas, pôde identifica-las como elétrons. Em alta velocidade emitidos pelo núcleo foram chamados de partículas beta, ou simplesmente β(-1), não tendo massa e desprovida de carga positiva (prótons) e nêutrons.
O terceiro tipo de radiação identificado por Rutherford foi a gama, que não era atraída pelo campo elétrico. Como a luz, essas partículas forma radiação eletromagnética, mas com frequências muito altas, acima de 10^20 Hertz, e assim, com comprimento de ondas menores que 1pm (1x10^(-12)) metros. Podem ser consideradas como feixe de fótons com energia muito alta, cada fóton sendo emitido pelo núcleo com excesso de energia. A frequência é muito alta porque a diferença de energia entre os estados nucleares excitado e fundamental é muito grande.
Efeitos de um campo elétrico sobre a radiação nuclear.
Diante disso tudo, lembre-se:
Os tipos mais comuns (ou seja, não são os únicos) de radiação emitidas pelo núcleo radiativos são as partículas α (núcleos dos átomos de hélio), as partículas β (elétrons rápidos ejetados pelos núcleos) e os raios γ (radiação eletromagnética de alta energia).
Os fenômenos radioativos começaram a ser descobertos em 1896 pelo cientista francês Antoine Henri Becquerel (1852-1908). No entanto, as suas descobertas só foram possíveis graças aos estudos anteriores sobre os raios X. Assim, vejamos primeiro como os raios X foram descobertos e qual a sua relação com a descoberta da radioatividade, acontecimentos importantes que marcaram o acaso do século passado.
Em 1895, o físico alemão Wilhelm Konrad Röntgen (1845-1923) descobriu de maneira acidental “um novo tipo de raio”, que possibilitava ‘ver’ dentro do corpo humano. Como esse cientista não sabia qual era exatamente a natureza desses raios, ele chamou-os de raios X.
A descoberta de Röntgen levou Becquerel, no início do ano de 1896, a testar a hipótese de que as substâncias fosforescentes (substâncias que emitem luz visível depois de absorver energia de outra fonte, mas que, ao contrário das substâncias fluorescentes, continuam emitindo luz por algum tempo, mesmo depois que a fonte de energia é desligada) e fluorescentes também emitiriam raios X. Ele observou que um sal de urânio possuía a capacidade de sensibilizar um filme fotográfico, recoberto por uma lâmina de metal.
Entrou então em cena o casal Pierre Curie (1859-1906) e Marie Curie (1867-1934). Juntamente a eles, Becquerel descobriu que a propriedade que ele viu era pertencente ao urânio, pois todos os minérios de urânio emitiam os raios que impressionavam o filme. Marie Curie batizou essa propriedade de o urânio emitir raios de radioatividade.
Os trabalhos do casal Curie tiveram crucial importância na mudança de rumo que tomaria a radioatividade. Em abril de 1898, Marie Curie constatou que havia algum componente mais ativo que o urânio em seus minerais naturais. Esse casal trabalhou durante três anos exaustivamente, usaram 1400 litros de um minério de urânio chamado pechblenda ou uranita (UO2) e, em 1902, isolaram átomos de dois elementos químicos radioativos que não eram conhecidos na época. O primeiro, eles chamaram de rádio, pois ele era 2 milhões de vezes mais radioativo que o urânio; o segundo, eles chamaram de polônio, em homenagem à Polônia, terra natal de Madame Curie.
Em 1903, Marie Curie, Pierre Curie e Antoine-Henri Becquerel dividiram o Prêmio Nobel de Física pelos seus trabalhos com radioatividade.
Anos mais tarde, o físico neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) realizou um experimento que identificou a natureza da radioatividade, mostrando que ela se originava do núcleo. Ernest Rutherford recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1908 pelos estudos da desintegração de elementos e a química das substâncias radioativas.
Para melhor esclarecimento e mais informações assista ao vídeo abaixo:
Radiação é um termo da área da Física e significa a propagação de energia de um ponto a outro no espaço ou em um meio material, com uma certa velocidade.
Os elementos condutores de energia determinam as formas de radiação eletromagnética ou corpuscular.
A radiação eletromagnética se caracteriza pela oscilação entre um campo elétrico e um campo magnético e está classificada de acordo com a frequência de ondas, sendo as mais conhecidas: ondas hertzianas (de rádio ou TV), microondas, radiação infravermelha, ultravioleta, raios X e raios gama.
A radiação corpuscular é constituída por partículas subatômicas, sendo os tipos mais conhecidos: elétrons, prótons, nêutrons, dêuterons e partículas alfa e beta. Existem quatro tipos de radiação: alfa, beta e gama e X.
A radiação é produzida de forma natural ou artificial. Na natureza, a radiação ultravioleta (raios UV) e a infravermelha são aquelas produzidas por corpos que apresentam calor, sendo o Sol a principal fonte. A radiação ultravioleta também pode ser obtida artificialmente através de lâmpadas fluorescentes ou câmaras de bronzeamento artificial.
