ENSINO MÉDIO- 2TM- ESCOLA FLÁVIO XAVIER ARANTES
2022-
. Energia Nuclear e Contaminação Radioativa
Motivação Em todas as áreas da atividade
humana ocorrem acidentes; batidas de veículos, descarrilamentos de trens,
vazamentos de produtos químicos, queda de aviões, incêndios, etc., aos quais
dispensamos maior ou menor atenção dependendo da gravidade. Mas os que ocorrem
com materiais radioativos, independente do grau (desde o vazamento de uma usina
nuclear até o extravio de um radiofármaco de vida curta) tem o poder de
provocar um alto nível de preocupação na população. Isto ocorre por causa dos
mitos sobre a radiação que permeiam o imaginário popular e são amplificados
pela mídia.
Fonte: Física na
Escola, v. 8, n. 2, 2007 Objetivo: discutir o tema e tentar elucidar algumas
questões relacionadas a energia nuclear e contaminação radioativa em
contrapartida ao catastrofismo anunciado pela mídia.
• Parte 1 –
Fundamentos Energia Nuclear e Contaminação
Radioativa
Energia Nuclear
A Energia nuclear
consiste no uso controlado das reações nucleares para a obtenção de energia.
Tem inúmeras aplicações nos mais diferentes ramos do conhecimento, inclusive na
geração de eletricidade em usinas que abastecem centenas de cidades em diversos
países .
APLICAÇÕES
• Industrial
(irradiação de alimentos, esterilização, gamagrafia, etc)
• Ambiental (identificação de rochas,
distribuição de recursos hídricos, identificar a trajetória de poluentes no ar
e na água, geração de energia, etc)
• Militar (bomba atômica, armas biológicas)
Reações Nucleares
A obtenção de
energia nuclear se dá devido a dois processos Físicos:
• Fissão
Nuclear
• Fusão Nuclear
Como Tudo começou!!!
Reações Nucleares
- Fissão
A energia
proveniente da fissão nuclear é resultado da conversão de massa nuclear em
energia. Essa massa nuclear é resultado da Força Nuclear Forte, uma das 4
forças fundamentais, que mantém os nêutrons e prótons ligados no núcleo do
átomo. Fonte: Silvio H. Gonsalves
,
Fissão nuclear é o processo físico onde se divide o
núcleo de um átomo pesado em dois núcleos atômicos menores, havendo nesse
processo uma liberação de energia.
Reações Nucleares - Fissão n + U-235 >>> [
U-236] >> Ba-141 + Kr-92 + 3n Ba = Bário Kr = CriptônioFonte:
Reações Nucleares
- Fissão Energia gerada em um processo de fissão do
U-235 Energia cinética de produtos nucleares = 165 MeV
Energia cinética de nêutrons = 5 MeV
Energia de Raios Gama = 7 MeV
Energia de decaimentos Beta = 17 MeV
Energia de decaimentos Gama sec, = 6 MeV
Energia Total da Fissão Núclear = 200 MeV
A combustão do metano (gás natural) é representada
pela seguinte reação:
CH4 + 2O2 =
CO2 + 2H2O
Neste
exemplo, a energia produzida é de 8 elétrons-volt (eV).
Reações Nucleares
- Fissão
• ENERGIA
GERADA
6 g de
urânio, elemento mais usado na fissão, rendem 0,520 x 10²³ MeV,
equivalente ao abastecimento de uma casa com quatro
pessoas durante um dia.
1Kg de Urânio-235 equivale cerca de 30t de TNT
Energia Nuclear
Energia nuclear, em cerca de quatro décadas,
tornou-se a terceira fonte mais utilizada para a produção de energia elétrica a
nível mundial, com cerca de 30% atualmente.
Radiação
-
Caracteríticas
Dois grande
grupos:
RADIAÇÃO IONIZANTE X RADIAÇÃO NÃO IONIZANTE
DIFERENÇA:ENEGIA
Radiação –
Caracteríticas
Radiações Ionizantes Tem energia suficiente para
arrancar elétrons de um átomo. Produz pares de íons
. •Partículas carregadas: Alfa, Beta, Prótons,
Elétrons •Partículas não carregadas: Nêutrons
•Ondas
eletromagnéticas: Gama, Raios X. Radiação Não Ionizante Não possui energia
suficiente para arrancar elétrons de um átomo
•Pode
quebrar moléculas e ligações químicas
•Ultravioleta, Infravermelho, Radiofreqüência,
Laser, Microondas, Luz visível.
Instabilidade
Nuclear
•Número “inadequado” de nêutrons
•Desbalanço de energia interna do núcleo
•Busca do
estado de menor energia
•Emissão de energia – radiação Estrutura Atômica e
Nuclear da Matéria
Irradiação e Contaminação Radioativa Quando há um
acidente com material radioativo ouvimos do apresentador do noticiário expressões
do seguinte tipo: “a área está extremamente radioativa” ou “a região está com
altos níveis de radiação” Fonte: Física na Escola, v. 8, n. 2, 2007 e outras
expressões que nem o público nem o locutor têm a mínima noção do que
significam.
Irradiação e Contaminação Radioativa O que
realmente ocorre quando há um acidente com material radioativo?
Fonte: Física na Escola, v. 8, n. 2, 2007 Apenas
dois eventos: O material radioativo irradiará ou Contaminará o meio ambiente
Irradiação e Contaminação Radioativa
Irradiação:
é a energia característica emitida por uma fonte radioativa.
O objeto ou
ser vivo que recebe esta energia está sendo irradiado.
. Contaminação Radioativa: ocorre quando um objeto
ou um ser vivo se impregna com o material radioativo que vazou para o meio
ambiente devido à ocorrência de um acidente.
Deste modo, ele contém material radioativo em sua
estrutura e carregará este material para onde quer que vá. Ou seja, ele conterá
uma fonte radioativa, que o estará irradiando assim como tudo e todos por onde
quer que ele passe.
Irradiação A
radiação emitida pela fonte interage à distância com o objeto ou ser vivo,
transferindo energia que se quantifica como dose.
A dose depende do tempo em que a pessoa ficou
exposta à fonte.
Irradiação:
é a energia característica emitida por uma fonte radioativa.
No nosso
cotidiano há vários exemplos de outras situações de emissão de radiação:
o calor de
uma fogueira, a luz de um poste uma fonte sonora (a buzina de um carro) E todas
elas diminuem de intensidade com o quadrado da distância
Irradiação Isto significa que no caso de um
acidente com material radioativo, onde há apenas irradiação, a forma adotada de
proteção da população local pelas autoridades competentes é isolar uma área em
torno do material radioativo a uma distância cujo raio seja grande o suficiente
para garantir que fora dessa área o nível de irradiação seja insignificante.
Este comportamento aplica-se a fontes que emitem
radiação eletromagnética, como a radiação gama
Irradiação
• Mas será que um objeto ou um ser vivo que esteve
próximo ao material radioativo e foi irradiado fica com um pouco de radiação
dentro dele e vai liberando essa radiação aos poucos?
A resposta é não, pois não há como estocar qualquer
tipo de radiação, seja ela proveniente de materiais radioativos ou não.
Exemplo: luz de uma sala
Irradiação
O que a radiação com alta energia faz é expurgar os
elétrons das coroas eletrosféricas e deste modo inviabilizar a ligação entre os
átomos (ionização).
Contudo, se os danos forem muito extensos, a célula
pode não ser capaz de se reparar adequadamente, o que pode levá-la à morte ou a
mudar as suas funções e ser o início de uma doença degenerativa como o câncer,
caso o organismo como um todo não consiga eliminá-la.
As células
nos seres vivos tem mecanismos de reparo para os danos causados por radiação
ionizante.
Irradiação
• Um corpo
está sendo irradiado e sofrendo os efeitos causados pela radiação enquanto ele
estiver exposto a uma fonte. Ao se afastar dessa fonte ele estará recebendo
cada vez menos radiação
•
Concluindo: a irradiação não torna objetos ou seres vivos radioativos ou
portadores de radiação; portanto, depois da exposição, podemos tocá-los ou
manuseá-los sem receio.
Contaminação Radioativa
Contaminação Radioativa: ocorre quando um objeto ou
um ser vivo contém material radioativo em sua estrutura.
Ou seja ele conterá uma fonte radioativa que o
estará irradiando e tudo e todos que estiverem ao seu redor, dentro do raio de
alcance da fonte radioativa.
Contaminação Radioativa
No caso da contaminação radioativa, um objeto ou
ser vivo impregnado com material radioativo, não fica todo ele radioativo
depois de algum tempo?
Os materiais radioativos não são seres vivos e,
portanto, não têm como se reproduzir e causar uma epidemia.
O importante a notar é que a contaminação tende a
diminuir, contanto que não se volte a ter contato direto com o material
radioativo.
Contaminação Radioativa
O mecanismo
de transmissão da contaminação radioativa é o contato direto, isto é o mesmo da
que costumamos chamar, genericamente, de sujeira!
E que conforme a contaminação vai se espalhando ela
também e vai se diluindo no ambiente, e não aumentando como no caso de uma
epidemia causada por microorganismos.
Concluindo: a contaminação radioativa não se multiplica
com o tempo, ao contrário a atividade do elemento radioativo vai decaindo com o
tempo.
Exposição a Radioatividade
Essa radiação natural tem várias componentes e
origens: •ela vem do espaço (raios cósmicos), •está presente na forma de átomos
radioativos (os radionuclídeos), q no ar que
respiramos (por exemplo o carbono- 14), q na nossa comida
(do potássio presente nos alimentos, como o leite, o feijão, a batata e a
banana; 0,0118% é de potássio-40, que é radioativo), q na água (gás radônio), •na crosta
terrestre •nos materiais que usamos para construir nossas moradias (urânio, tório
e seus filhos e Potássio).
A
radioatividade não foi inventada, logo ela sempre existiu na natureza e foi
descoberta pelo homem.
Exposição a Radioatividade A radioatividade não foi
inventada, logo ela sempre existiu na natureza e foi descoberta pelo homem.
Exposição a Radioatividade Portanto, independente
da profissão ou da localização onde vive, todo ser humano recebe uma certa
quantidade de radiação, tanto interna quanto externamente, que é chamada
“radiação de fundo” e esta varia de acordo com a localização geográfica e com a
altitude.
Exposição a Radioatividade Doses máximas permitidas
Parte 2 –
Usinas Nucleares
Usinas Nucleares Uma usina nuclear é uma usina
terméletrica, onde o combustível utilizado é uma fonte radioativa.
A energia
elétrica é obtida a partir da energia liberada pela reação de fissão do Urânio,
que é usada para aquecer a água de uma caldeira
Usinas Nucleares
A queima do combustível produz calor que ferve a
água de uma caldeira transformando-a em vapor.
O vapor movimenta uma turbina que dá partida a um
gerador que produz a eletricidade.
Combustível Nuclear
O urânio natural contém apenas 0,71% de 235U,
enquanto o restante dos 99,29% do urânio é 238U, o qual não é fissionável,
exceto com nêutrons altamente energizados, que são indisponíveis para o
processo de fissão É o U-235 que pode ser fissionado com neutrons de baixa
energia (neutrons térmicos)
Reação em Cadeia do U-235 Na realidade, em cada
reação de fissão nuclear resultam, além dos núcleos menores, dois a três
nêutrons, como conseqüência da absorção do nêutron que causou a fissão.
Torna-se, então, possível que esses nêutrons
atinjam outros núcleos de urânio-235, sucessivamente, liberando muito calor.
Tal processo é denominado reação de fissão ou reação em cadeia
Controle da Reação de Fissão Nuclear em Cadeia
A reação em cadeia não pára 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.
Controle da Reação de Fissão Nuclear 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.
Enriquecimento de Urânio
• O processo físico de retirada de urânio-238 do
urânio natural, aumentando, em consequência, a concentração de urânio- 235, é
conhecido como Enriquecimento de Urânio.
Enriquecimento de Urânio
Enriquecimento de Urânio elemento combustível A
Vareta de Combustível é a primeira barreira que serve para impedir a saída de
material radioativo para o meio ambiente.
Combustível nuclear - Rejeitos
Combustível nuclear
- Rejeitos
Os rejeitos gerados por uma usina nuclear são organizados em três classes,
segundo o nível de radioatividade que apresentam: os de baixa, média e alta
atividades.
São
classificados também em função da meia-vida dos elementos radioativos nos
mesmos, como rejeitos de longa e de baixa duração
O combustível nuclear irradiado na Usina se
constitui na única fonte de material radioativo de alta atividade e longa
duração, quando visto sob a ótica de rejeitos
Combustível nuclear - Rejeitos
A Central Nuclear de Angra possui quatro depósitos
iniciais de rejeitos de baixa e média atividades (Depósitos 1, 2A, 2B e 3),
devidamente licenciados pelo IBAMA e pela CNEN, que compõem seu Centro de
Gerenciamento de Rejeitos – CGR, localizado no próprio sítio da Central Nuclear
Onde são armazenados os rejeitos de Angra 1 e Angra 2?
Usina Nuclear
– Funcionamento Tipo PWR (Pressurized Water Reactor
= Reator a Água Pressurizada)
Usina Nuclear – Funcionamento Tipo PWR (Pressurized
Water Reactor = Reator a Água Pressurizada) Vaso de Pressão
Os Elementos Combustíveis são colocados dentro de
um grande vaso de aço, com “paredes”, no caso de Angra 1, de cerca de 33 cm e,
no caso de Angra 2, de 23,5 cm.
Esse enorme recipiente, denominado Vaso de Pressão
do Reator, é montado sobre uma estrutura de concreto, com cerca de 5 m de
espessura na base.
O Vaso de Pressão do Reator é a segunda barreira
física que serve para impedir a saída de material radioativo para o meio
ambiente.
Usina Nuclear
– Funcionamento Tipo PWR (Pressurized Water Reactor
= Reator a Água Pressurizada) A água que circula no Circuito Primário é usada
para aquecer uma outra corrente de água, que passa pelo Gerador de Vapor.
Circuito Primário
O Vaso de Pressão contém a água de refrigeração do
núcleo do reator (os elementos combustíveis).
Essa água
fica circulando quente pelo Gerador de Vapor, em circuito, isto é, não sai
desse Sistema, chamado de Circuito Primário.
Usina Nuclear – Funcionamento Tipo PWR (Pressurized
Water Reactor = Reator a Água Pressurizada) Circuito Secundário
É, a seguir,
condensada e bombeada de volta para o Gerador de Vapor, constituindo um outro
Sistema de Refrigeração, independente do primeiro Existe outra corrente de
água, que passa pelo Gerador de Vapor para ser aquecida e transformada em
vapor. Ela passa pela turbina, em forma de vapor, acionando-a.
Usina Nuclear
–
Funcionamento Tipo PWR (Pressurized Water Reactor = Reator a Água Pressurizada)
A independência entre o Circuito Primário e o
Circuito Secundário tem o objetivo de evitar que, danificando-se uma ou mais varetas,
o material radioativo (urânio e produtos de fissão) passe para o Circuito
Secundário.
É
interessante mencionar que a própria água do Circuito Primário é radioativa.
Independência entre os sistemas de refrigeração
Usina Nuclear
– Segurança Contenção O Vaso de Pressão do Reator e
o Gerador de Vapor são instalados em uma grande “carcaça” de aço, com 3,8 cm de
espessura em Angra 1. Esse envoltório, construído para manter contidos os gases
ou vapores possíveis de serem liberados durante a operação do Reator, é denominado
Contenção.
A Contenção
é a terceira barreira que serve para impedir a saída de material radioativo
para o meio ambiente.
Usina Nuclear – Segurança Edifício do Reator Um
último envoltório, de concreto, revestindo a Contenção, é o próprio Edifício do
Reator. Tem cerca de 1 m de espessura em Angra 1
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, explosões, terremotos e tsunamis).
Usina Nuclear – Segurança Edifício do Reator
Usina Nuclear – Segurança O perigo potencial na
operação dos Reatores Nucleares é representado pela alta radioatividade dos
produtos da fissão do urânio e sua liberação para o meio ambiente.
A filosofia de segurança dos Reatores Nucleares é
dirigida no sentido de que as Usinas Nucleares sejam projetadas, construídas e
operadas com os mais elevados padrões de qualidade e que tenham condições de
alta confiabilidade Filosofia de Segurança Para a operação do Reator, Sistemas
de Segurança são projetados para atuar, inclusive de forma redundante: na falha
de algum deles, outro sistema, no mínimo, atuará, comandando, se for o caso, a
parada do Reator.
Sistemas
Ativos de SegurançaUsina Nuclear –
Acidente de
Fukushima
Parte 3
. Usina Nuclear - Acidente de Fukushima
Usina Tipo BWR (Boiling water reactor = rator de água fervente)
Usina Nuclear -
Acidente de Fukushima
Usina Nuclear
Acidente de Fukushima FUKUSHIMA ANGRA 1 E 2
Usina Nuclear - Acidente de Fukushima
Usina Nuclear -
Acidente de Fukushima
Das Informações que foram publicadas na internet,
em função de um terremoto de escala 9:
• Houve
aquecimento do núcleo do reator devido a falhas no sistema de resfriamento
(bombeamento de água);
• Houve liberação de gases (que contém materiais
radioativos) para evitar explosão do vaso de contenção do reator;
• Houve vazamento de água do sistema de
refrigeração que possui materiais radioativos;
• Até onde se sabe, o vaso dos reatores está
intacto.
Exposição a RadioatividadeUsina Nuclear
- Acidente
de Fukushima Doses de radiação
Bibliografia • O que é irradiação? E contaminação
radioativa? Ary de Araújo Rodrigues Junior. Física na Escola, v. 8, n. 2, 2007
• Energia Nuclear, o que é necessário saber? CERCONI, C.; MELQUIADES, F. L.;
TOMINAGA, T. T. Revista Ciências Exatas e Naturais, Vol.11 nº 1, Jan/Jun 2009 •
CNEN – apostilas educativas – Energia Nuclear (www.cnen.gov.br) • http://www.eletronuclear.gov.br
OBRIGADO PELA ATENÇÃO
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