Energia nuclear
As diferentes definições
É a energia liberada quando ocorre a fissão dos átomos. Num reator nuclear ocorre em uma seqüência multiplicadora conhecida como "reação em cadeia".
Energia de um sistema derivada de forças coesivas que contêm prótons e nêutrons juntos como o núcleo atômico.
É a quebra, a divisão do átomo, tendo por matéria prima minerais altamente radioativos, como o urânio.
Os prótons têm a tendência de se repelirem, porque têm a mesma carga (positiva). Como eles estão juntos no núcleo, comprova-se a realização de um trabalho para manter essa estrutura, implicando, em conseqüência, na existência de energia no núcleo dos átomos com mais de uma partícula. A energia que mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo é a ENERGIA NUCLEAR.
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 outro ou outros elementos. Esse processo ocorre espontaneamente em alguns elementos; em outros deve-se provocar a reação mediante técnicas de bombardeamento de nêutrons ou outras.
A energia que o núcleo do átomo possui, mantendo prótons e nêutrons juntos, denomina-se energia nuclear. Quando um nêutron atinge o núcleo de um átomo de urânio-235, dividindo-o com emissão de 2 a 3 nêutrons, parte da energia que ligava os prótons e os nêutrons é liberada em forma de calor. Este processo é denominado fissão nuclear.
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 partículas, e a fusão nuclear, na qual ao menos dois núcleos atômicos se unem para produzir um novo núcleo.
A energia nuclear provém da fissão nuclear do urânio, do plutônio ou do tório ou da fusão nuclear do hidrogênio. É energia liberada dos núcleos atômicos, quando os mesmos são levados por processos artificiais, a condições instáveis.
Todos os materiais são formados por um número limitado de átomos, que, por sua vez, são caracterizados pela carga elétrica de seu núcleo e simbolizados pela letra Z. Em física, a descrição adequada do átomo para a compreensão de um determinado fenômeno depende do contexto considerado. Podemos considerar o núcleo como composto de prótons, com carga elétrica positiva, e nêutrons, sem carga. Ambos são denominados genericamente núcleons. A letra Z que caracteriza cada um dos átomos, naturais ou artificiais, representa o número de prótons no núcleo. A maior parte da massa do átomo está concentrada em seu núcleo, que é muito pequeno (10- 12 cm a 10- 13 cm ). Prótons e nêutrons têm massa aproximadamente igual, da ordem de 1,67 x 10- 24 gramas , e são caracterizados por parâmetros específicos (números quânticos) definidos pela mecânica quântica, teoria que lida com os fenômenos na escala atômica e molecular.
Os prótons, por terem a mesma carga, se repelem fortemente devido à força eletrostática. Isso tenderia a fazer com que essas partículas se afastassem umas das outras, o que inviabilizaria o modelo. Mas, como os núcleos existem, podemos concluir que deve existir uma força de natureza diferente da força eletromagnética ou da força gravitacional � e muito mais intensa que estas � que mantém os núcleos coesos. Quanto maior a energia de ligação média (soma de todos os valores das energias de ligação dividida pelo número de partículas), maior a força de coesão do núcleo.
Reação em cadeia
A base da energia nuclear e, conseqüentemente, dos reatores é a reação em cadeia, na qual os núcleos dos átomos de determinados elementos se fissionam, são liberados dois ou três nêutrons por fissão, além de energia na forma de calor. Alguns destes nêutros fissionam novos núcleos, que por sua vez liberam mais nêutrons e energia. Este processo de fissionamentos subsequentes é denominado reação em cadeia. Os reatores de potência são instalações projetadas para operar utilizando a energia liberada pela reação em cadeia autosustentada, de forma controlada, para gerar calor."
Fissão nuclear
É a reação pela qual um nêutron ao se chocar com um núcleo atômico faz este se partir liberando uma certa quantidade de energia e mais alguns nêutrons. Estes novos nêutrons vão se chocar com outros núcleos e produzir novas fissões e, conseqüentemente, mais nêutrons. Desenvolve-se assim a chamada reação em cadeia. Num reator nuclear, a reação em cadeia é controlada inserindo-se barras de elementos absorvedores de nêutrons, que impedem o aumento excessivo do numero de nêutrons.
Uma reação de fissão nuclear libera uma energia 10 milhões de vezes maior que uma convencional. A fissão de 1 kg de urânio 235 libera 18,7 milhões de kilovolts/hora em forma de calor. O processo de fissão iniciado pela absorção de um nêutron por um núcleo de urânio 235 também libera uma média de 2,5 nêutrons, além de dois novos núcleos, provocando novas fissões nos núcleos de urânio 235, constituindo assim uma reação em cadeia que leva à liberação continuada de energia nuclear.
Os primeiros reatores de energia nuclear em grande escala foram construídos em 1944, nos Estados Unidos, para a produção de material para armas nucleares. Posteriormente, em todo o mundo, foram construídos diferentes tipos de reator (diferenciados pelo combustível, pelo moderador e pelo refrigerante empregados) para a produção da energia elétrica. O reator a água leve usa como combustível o urânio 235 (também chamado de urânio enriquecido) e como moderador e refrigerante água comum muito purificada. No reator a água pressurizada, o moderador e refrigerante é água leve a uma pressão de cerca de 150 atmosferas. A maior parte dos reatores nucleares para produção de energia elétrica construídos no mundo é desse tipo, incluindo o da usina brasileira de Angra 1.
No reator a água em ebulição, a água de refrigeração se mantém a uma pressão menor, o que faz com que ferva. Outros tipos de reator menos usados incluem o reator a água pesada, no qual o combustível é urânio 238 (urânio natural) e o moderador e refrigerante é o deutério, um isótopo do hidrogênio; e os reatores rápidos, em que a fissão é feita por nêutrons rápidos, isto é, de altas energias (nos outros tipos, são usados nêutrons de baixas energias, também chamados nêutrons térmicos). Nos reatores rápidos, o combustível pode ser urânio natural, tório ou plutônio. São refrigerados a sódio e não utilizam moderador, justamente para manter a alta energia dos nêutrons.
A queima do combustível nuclear no reator resulta nos chamados produtos de fissão. São isótopos que não existem naturalmente e são altamente radioativos. Alguns permanecem milhares de anos liberando radiação. Por isso, seu manuseio e seu armazenamento exigem cuidados especiais.
Fusão nuclear
A liberação de energia nuclear pode produzir-se também através da fusão de dois núcleos leves em um mais pesado. A energia irradiada pelo Sol deve-se a reações de fusão que se produzem em seu interior.
A fusão nuclear artificial foi obtida pela primeira vez em princípios da década de 1930, com o bombardeio de um alvo que continha deutério por núcleos de deutério, acelerados num cíclotron para alcançar altas energias. Na década de 1950, produziu-se a primeira liberação em grande escala de energia de fusão em testes de armas nucleares realizados pelos Estados Unidos, a antiga União Soviética, a Grã-Bretanha e a França. É um tipo de liberação breve e não controlada, que serve para bombas, mas não para a produção de energia elétrica.
A ciência ainda não conseguiu resolver o principal problema para a utilização comercial da fusão nuclear na produção de eletricidade: a energia necessária para acelerar os núcleos de deutério e fazê-los colidirem e se fundirem é muito maior que a energia obtida. Por isso, os pesquisadores ainda buscam maneiras mais eficientes de esquentar o gás a altas temperaturas e armazenar uma quantidade suficiente de núcleos durante um tempo longo o bastante para permitir a liberação de uma energia maior que a necessária para aquecer e armazenar o gás. Outro problema importante é a captura dessa energia e sua conversão em eletricidade.
Fusão nuclear
Em dezembro de 1993, os pesquisadores da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, usaram o Reator Experimental de Fusão Tokamak para produzir uma reação de fusão controlada que gerou 5,6 megawatts. O reator consumiu mais energia do que produziu durante seu funcionamento.
Para a energia de fusão se tornar viável, oferecerá as seguintes vantagens: 1) uma fonte ilimitada de combustível, o deutério procedente da água dos oceanos; 2) baixo risco de acidente no reator, já que a quantidade de combustível no sistema é muito pequena; e 3) resíduos muito menos radioativos e mais simples de manejar que os procedentes dos sistemas de fissão.
O que é radiação ou radioatividade ?
Radiação é a emissão e propagação de energia através da matéria ou do espaço, por meio de perturbações eletromagnéticas que apresentam duplo comportamento: como onda e como partículas. Neste caso as partículas são conhecidas como fótons. O termo foi estendido para incluir feixes de partículas com altas velocidades (partículas alfa e beta, nêutrons livres, radiação cósmica, etc.).
Radiação nuclear é aquela emitida de núcleos atômicos nas várias reações nucleares, incluindo radiações alfa, beta e gama e nêutrons.
Em 1896, um cientista francês, Antoine Becquerel, estava estudando o elemento urânio. Casualmente, ele colocou o urânio perto de uma placa fotográfica e, olhando para a placa, algum tempo depois, viu marcas pretas incomuns sobre ela. O urânio estava desprendendo, ou emitindo, partículas (ou raios), que estavam afetando a placa. Foi assim que se descobriu a radiação.
A radiação é emitida por muitos outros elementos, além do urânio � rádio, potássio, tório, carbono e iodo são apenas alguns desses elementos �, chamados radioativos. Toda radiação pode ser prejudicial aos homens e outros animais, porque danifica as células vivas. Quanto maior for o nível de radiação, maior será o dano. As pessoas têm usado essa capacidade destrutiva da radiação para tratar algumas doenças, como o câncer. Uma determinada dose de radiação é aplicada no paciente para matar células cancerosas do corpo.
Materiais radioativos são utilizados na agricultura, indústria, medicina, em pesquisas científicas e engenharia, bem como na produção de energia e bombas nucleares. Todos esses processos produzem lixo que deve ser descartado. Embora toda radioatividade se desintegre com o tempo, alguns materiais levam muitos milhões de anos para se desfazerem. É importante, portanto, que o lixo seja estocado seguramente, para não prejudicar a vida da geração atual e das futuras.
Energia nuclear e radioatividade � os riscos
E necessária grande quantidade de energia para iluminar e aquecer casas, cozinhar alimentos, viajar e prover energia a indústrias. Nos países desenvolvidos, a maioria das residências, escritórios e fábricas são protegidos de eletricidade, gerada em usinas de energia que usam carvão, óleo ou energia nuclear.
Toda produção de energia gera lixo e envolve riscos ao ser humano e ao meio ambiente. O lixo das minas de carvão se amontoa. Há acidentes que matam mineiros e os gases expelidos pelas termelétricas movidas a carvão contribuem para o problema da chuva ácida. O óleo queimado lança gases e óleo no ar e podem ocorrer acidentes gravíssimos na exploração do petróleo.
Funcionamento de uma usina nuclear
Enquanto um suprimento adequado de energia for essencial à vida moderna, devem-se examinar com cuidado os vários tipos de energia. Antes de mais nada, é necessário levar em conta a saúde dos seres humanos e do meio ambiente.
Os efeitos da radioatividade nos seres vivos manifestam-se a dois níveis:
- nível somático, cuja expressão máxima é a morte;
- nível genético, responsável pelo aumento de mutações cromossómicas, podendo originar aberrações genéticas nas gerações posteriores.
Estes efeitos estão dependentes essencialmente da natureza da radiação do radionuclido, do seu tempo de vida, da quantidade assimilada e dos órgãos onde esta é acumulada. Tal como variam os efeitos dos vários tipos de radiação, também variam a sua capacidade de penetração nos tecidos.
Os nêutrons e os raios gama são os que podem alcançar o interior do nosso corpo e são justamente esses dois tipos de radiações que se libertam em explosões nucleares ou em caso de acidente nos reatores.
As partículas a e b só são prejudiciais se entrarem diretamente no organismo, por via da alimentação ou pelo ar que respiramos.
Quando uma radiação incide num tecido biológico, altera as características químicas das moléculas destes tecidos, formando-se radicais intracelulares que, ou matam a célula, ou originam divisões não controláveis. No primeiro caso, o organismo elimina e substitui as células mortas, mas no segundo caso, geralmente formam-se tumores malignos. Por estas razões são muito perigosas as consequências das explosões nucleares. O pó radioativo extremamente fino, com facilidade pode introduzir-se nos nossos corpos e aí se acumular.
Realizam-se investigações consecutivas sobre a possível relação entre certas doenças, em particular as do tipo cancerígeno, e a exposição à radioatividade, no entanto, surgem suspeitas sobre possíveis manipulações da informação, dada a complexidade do tema. Por vezes tem-se a sensação de que as investigações levam aos resultados que convêm a quem os realiza, especialmente nos trabalhos que devem provar a periculosidade, ou não, da utilização da energia nuclear.
Na realidade, as centrais térmicas convencionais têm uma maior incidência nas condições de vida à sua volta, devido às emanações gasosas e à radiação térmica, do que uma central nuclear em funcionamento normal. Mas há relatórios que indicam um aumento de casos de leucemia infantil entre a população que vive perto de uma central nuclear.
Para proteger as pessoas expostas e para garantir a segurança do ambiente, é necessário ter um controle rigoroso de todas as fontes de radioatividade.
O organismo pode refazer-se de possíveis lesões celulares causados por radiações, para tal é necessário seguir 3 regras fundamentais:
- Aumentar a distância à fonte de radiação;
- Reduzir o mais possível o tempo de exposição à radiação;
- Proteção com o material mais adequado e de maior espessura possível.
O pesadelo de Chernobyl
Embora o processo de fissão seja rigorosamente controlado, existe risco de escape acidental de radiações nocivas, fato que se tem repetido em usinas de vários países, como a de Chernobyl, na ex-União Soviética, em 1986. O vulto da usina de Chernobyl domina o horizonte de Pripiat, onde não restou um habitante. Lá, energia nuclear é sinônimo de morte. Depois da explosão do reator número 4, na madrugada fatídica de 26 de abril de 1986, a radiação varreu tudo. A cidade foi abandonada e o acidente inutilizou uma área equivalente a um Portugal e meio, 140.000 quilômetros quadrados.
A catástrofe de Chernobyl liberou cem vezes mais radiação do que as bombas atômicas jogadas sobre Hiroshima e Nagasaki. Ainda assim, muitos parecem simplesmente se esquecer do acidente ou tratá-lo como algo trivial e ignorar o que grandes doses de radiação podem fazer com vidas humanas. Os efeitos de Chernobyl atingiram milhões de pessoas. Outros milhares enfrentam ainda no dia-a-dia os efeitos, muito visíveis e dolorosos, da radiação liberada pelo desastre.
A Europa despertou como se estivesse em um pesadelo. Itália, Alemanha, Suécia, Finlândia, Suíça, Holanda e Espanha deram marcha a ré nos programas nucleares e fecharam usinas. Para eles, o risco de um acidente igual era insuportável. Mas há usinas precárias nos antigos países socialistas que ainda ameaçam toda a vizinhança européia.
A solução, então, é fechar tudo?
Se depender do Canadá, do Japão ou da França, onde o reator nuclear é sinônimo de progresso, a resposta é não. Os franceses passam muito bem e 75% da energia no país vêm do átomo. Exportam usinas, reprocessam urânio, armazenam lixo radiativo e têm dois reatores de última geração. Tudo com a aprovação das pesquisas de opinião pública. "Virar as costas para o átomo é burrice", diz Jean Paul Chaussade, diretor de comunicação científica da Electricité de France (EDF). "O petróleo e o gás vão se esgotar em quarenta anos. Os combustíveis fósseis poluem mais e o impacto ambiental das hidroelétricas é muito maior. A alternativa atômica é cada vez mais barata e segura".
