PRODUÇÃO DE ENERGIA NUCLEAR COMO FONTE DE ENERGIA ELÉTRICA

GERAÇÃO DA ENERGIA NUCLEAR

 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:

Att,  Allexandreyewisky

Kyshtym (Ozyorsk - 1957)

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.

Fonte: http://educacao.globo.com/artigo/maiores-acidentes-nucleares-da-historia.html

Fonte : https://www.youtube.com/watch?v=P301zvmcydg

Radioatividade no ENEM

Se liga Fera! Radioatividade é questão certa do ENEM. No vídeo do link abaixo veja a questão comentada do ENEM 2015, confira as dicas e sucesso!

http://tvescola.mec.gov.br/tve/video?idItem=11985

Observação: Se caso o vídeo não completar, você pode assisti-lo completo fazendo o download.

Att, Dayane.

A PRODUÇÃO DE ARMAMENTOS NUCLEARES

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. 

Att,  Allexandreyewisky

RADIAÇÃO NO COTIDIANO

Após a história da radioatividade, a descoberta das partículas, vamos ver mo vídeo abaixo a radioatividade no nosso dia a dia:

Att, Jessica. 

EVIDÊNCIAS DO DECAIMENTO NUCLEAR E A DESCOBERTA DAS PARTÍCULAS

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).

Bons estudos. Câmbio!

Att, Danylo. 

DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE

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:

Att, Dayane