Energia Nuclear

Energia Nuclear Fusão e Fissão Nuclear

Introdução: • Em meados do século XXI a população

da Terra será de 10 milhões de habitantes • O consumo de energia elétrica será duas ou três vezes maior que o atual • Necessidade de fontes renováveis de energia, que, segundo peritos, não conseguirão satisfazer na totalidade as necessidades mundiais

Energia Nuclear • Energia proveniente da fissão do

urânio em um reator nuclear • Como em qualquer usina termoelétrica, o calor é usado para vaporizar água. O vapor é forçado a passar pelas pás de uma turbina e a girá-la

Energia Nuclear no Mundo

• 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.

Mapa Nuclear no Mundo

Diferença entre fissão nuclear e fusão nuclear

DADOS COMPARATIVOS • Usinas nucleares no mundo:

Contexto Brasileiro • O programa nuclear brasileiro teve inicio

no final da década de 60, com a construção da usina Angra I • O Brasil ainda iria adquirir mais duas usinas nucleares Angras II e III, após o acordo de Cooperação para o Uso Pacífico da Energia Nuclear (com a Alemanha)

Histórico • Em 1934, ENRICO FERMI,

bombardeando átomos de urânio com nêutrons, observou que os núcleos bombardeados capturavam os nêutrons, originando um material radioativo

Histórico • Em 1938, HAHN e STRASSMANN, repetindo a

mesma experiência, constataram a existência do bário entre os produtos obtidos. Equacionando:

92

U235 + 0n1 =

56

Ba142 +

36

Kr91 + 3 0 n1

+ 4,6 .109 kcal  

  Os nêutrons liberados na reação, irão provocar a fissão de novos núcleos, liberando outros nêutrons, ocorrendo então uma reação em cadeia.

Fissão Nuclear • Fissão Nuclear é o processo de

quebra de núcleos grandes em núcleos menores, liberando uma grande quantidade de energia.

Fissão Nuclear

Fissão Nuclear • Reação em cadeia é um conjunto de

reações de fissão nuclear que se iniciam, geralmente, pelo bombardeamento com nêutrons, e que continua espontaneamente pela captação de nêutrons originados de fissões anteriores.

Fissão nuclear • Massa crítica é a massa mínima da

substância físsil que ainda possibilita a ocorrência de uma reação em cadeia.

• Se a massa físsil de urânio (massa de urânio que sofre fissão) for muito pequena, os nêutrons não serão captados por outros núcleos de urânio e a reação não terá continuidade .

Tipos de Fissão Nuclear: • Não controlada: reação ocorre muito

rapidamente (em menos de 1 segundo), liberando enorme quantidade de energia. Ex: explosão da bomba atômica.

• Controlada: reação é controlada pelos

chamados reatores de fissão nuclear, o que permite aproveitar a energia liberada e evitar explosões.

Usinas Nucelares Idéias Básicas e Funcionamento

Introdução

VANTAGEM DO USO DO URÂNIO

USINAS NUCLEARES

•Utilizam a fissão nuclear, isto

é, os átomos são “quebrados” no reator, emitindo uma grande quantidade de calor que é usado para aquecer a água.

USINAS NUCLEARES • A água aquecida então “toca” a

turbina de um gerador, gerando então a energia elétrica.

USINA DE FISSÃO NUCLEAR (Reator PWR - Angra)

• Energia

nuclear: força que mantém os componentes do núcleo de um átomo unidos.

• Reator: rompe esta força e usa a

energia térmica liberada para gerar vapor, que produzirá movimento e por fim, eletricidade.

Componentes de um Reator Nuclear

• Material físsil: pode ser urânio-235 , urânio 

233 ou plutônio-239;

• Fluido trocador de calor: por exemplo,  

água;

• Moderador: (grafite ou água)  

diminui a velocidade dos nêutrons, tornando a reação possível;

• Barras de controle: (cádmio ou boro)

absorvem nêutrons para evitar que a reação saia de controle.

• no reator: fissão nuclear através do choque de nêutrons nos átomos.

• Combustível: dióxido de urânio (UO2) .

• Partida: pastilhas de califórnio emitem

nêutrons que darão a partida à reação de fissão.

• Divisão: liberação de calor e dois ou três

nêutrons, que, por sua vez, atingem e dividem outros átomos.  reação em cadeia de fissão nuclear

• Controle:

eliminação do causador da fissão: o nêutron.

agente

• Agentes Controladores: Boro, na forma de ácido bórico ou de metal, Cádmio, em barras metálicas

e

• Resultado: formação de isótopos de boro e de cádmio.

CONTROLE DA REAÇÃO DE FISSÃO NUCLEAR ●

Barras de controle:

PROBLEMA • O resíduo da reação vai poluir o meio ambiente durante o LIXO NUCLEAR

150.000 anos. É

LIXO NUCLEAR • Tudo o que entra em contato com material radioativo e o próprio material radioativo que não for mais útil. Por Exemplo: – resíduos de mineração; – resíduos da preparação dessas substâncias químicas radioativas; – encanamento por onde elas passaram; – vestimentas impregnadas de radioatividade usadas pelos trabalhadores, etc.

• Dentre os muitos NUCLÍDEOS

presentes no lixo nuclear, podemos destacar três bastante perigosos para o ser humano: – – –

Estrôncio-90 Iodo-131 Césio-137

DADOS COMPARATIVOS

DADOS COMPARATIVOS •

Capacidade das usinas brasileiras:

DADOS COMPARATIVOS • Capacidade das usinas brasileiras: Angra 2

DADOS COMPARATIVOS • Participação das diferentes fontes de energia na matriz energética: No Brasil

No mundo

Fusão Nuclear Fundamentos e Possíveis Aplicações

FUSÃO NUCLEAR •União de 2 átomos formando um terceiro •Liberação de ENERGIA

CONDIÇÕES • Temperatura muito elevada (mínimo na ordem dos 10 milhões de graus)

• Pequeno volume de confinamento

Diferença entre fissão nuclear e fusão nuclear

FUSÃO NUCLEAR • Na fusão nuclear,

dois ou mais núcleos atômicos se juntam e formam um outro núcleo de maior número atômico.

REATOR DE FUSÃO NUCLEAR Tokamak

FUSÃO NUCLEAR • Exige altíssimas

temperaturas (da ordem de 10 milhões de graus Celsius) e pressões para que os núcleos dos átomos de hidrogênio se fundam.

MATERIAL FUSÁVEL PLASMA

• PLASMA:

GASOSO

– O quarto estado da matéria!

LÍQUIDO

– Átomos separados em núcleos e elétrons

SÓLIDO

COMPONENTES DO PLASMA

•Isótopos do Hidrogênio – Deutério (presente na água do Mar) – Trítio (obtido através do Lítio)

FIM .......