quarta-feira, 29 de agosto de 2012

Fissão Nuclear


A energia nuclear é resultado do processo de Fissão Nuclear controlada. A fissão nuclear pode ser controlada e empregada em usinas nucleares e é uma reação que ocorre no núcleo de um átomo. Geralmente o núcleo pesado é atingido por um nêutron, que, após a colisão, libera uma imensa quantidade de energia. No processo de fissão de um átomo, a cada colisão são liberados novos nêutrons. Os novos nêutrons irão colidir com novos núcleos, provocando a fissão sucessiva de outros núcleos e estabelecendo, então, uma reação que denominamos reação em cadeia.

Um parâmetro importante para analisar a estabilidade de um núcleo é a razão entre o número de prótons e o número de nêutrons. Por um lado, a falta de nêutrons pode tornar a distância entre prótons tão pequena que a repulsão se torna inevitável, resultando na fissão do núcleo. Por outro lado, como a força nuclear é de curto alcance, o excesso de nêutrons pode acarretar uma superfície de repulsão eletromagnética insustentável, que também resultaria na fissão do núcleo. Assim, um dos principais fatores para a estabilidade do núcleo é que tenhamos N = Z.


História


O processo de Fissão Nuclear começa com os trabalhos do físico inglês James Chadwick em 1932. Os trabalhos deste físico culminam com a descoberta do Nêutron. Algumas semanas após sua descoberta, Enrico Fermi e outros Físicos em Roma descobriram que se outros elementos fossem bombardeados por estas partículas, seria possível a produção de outros elementos de massa menor.

Segundo Fermi, por apresentar carga nula, o nêutron constitui-se em um projétil útil, ao contrário do próton ou da partícula – α (núcleo de Hélio) já que não sofre a ação de força elétrica quando se aproxima de uma superfície nuclear. Essa eficácia aumentaria significativamente se este nêutron fosse tratado como um nêutron térmico, isto é, nêutron em equilíbrio térmico com a matéria.

Em 1939, os químicos alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann fizeram sua descoberta mais espetacular, descobriram a fissão do urânio e tório.

Usina Nuclear


A energia nuclear está na força que mantém os componentes dos átomos unidos (prótons, elétrons e nêutrons). Quando estes componentes são separados, há uma grande quantidade de energia liberada. Uma das maneiras de retirar essa energia é através da fissão nuclear.

A Fissão Nuclear acontece quando um átomo (geralmente de urânio U-235) é bombardeado com nêutrons. Este átomo ficará com uma massa maior, tornando-se muito instável. Por causa dessa instabilidade, ele se dividirá em dois novos átomos (no caso do urânio, se dividirá em criptônio (Kr) e bário (Ba)) e mais alguns nêutrons que não ficarão em nenhum átomo. Esses nêutrons livres vão se chocar em outros átomos, gerando uma reação em cadeia. É este, o processo utilizado nas usinas nucleares.


           
As usinas nucleares utilizam o princípio da fissão nuclear para gerar calor. Dentro do reator nuclear, centenas de varetas contendo material radioativo são fissionadas liberando muito calor, que irá aquecer a água (totalmente pura) de dentro do reator. Ela pode chegar a 1500°C a uma pressão de 157atm. Essa água quente irá seguir por tubos, até o vaporizador, depois volta ao reator, completando o circuito primário.

No vaporizador, uma outra quantidade de água será fervida, pelo calor de tubos onde passam a água extremamente quente do reator. O vapor gerado sairá por canos, até onde ficam localizadas as turbinas e o gerador elétrico. O vapor d’água pode girar as turbinas a uma velocidade de 1800rpm. Depois que o vapor executar sua função, ele segue para o condensador, onde vai virar água novamente e retornar ao vaporizador. Este é o chamado circuito secundário.

Para que o condensador transforme o vapor do circuito secundário em água, é necessário que ele seja abastecido de água fria. Essa água fria pode vir de rios e lagos próximos. Ao passar pelo condensador, essa água esquenta, necessitando ser resfriada nas torres de resfriamento (a maior parte de uma usina nuclear). Este é o circuito terciário (ou sistema de água de refrigeração).

Uma usina nuclear é possui vários sistemas de segurança, que entram em ação automaticamente em casos de emergência. O principal deles é o sistema que neutraliza a fissão nuclear dentro do reator. São centenas de barras, feitas de materiais não fissionáveis (isto é, mesmo absorvendo nêutrons livres, não se dividem), como boro e cádmio, que são injetadas no meio reacionário. O reator fica envolvido por uma cápsula de 3cm de espessura, feita de aço. O edifício é protegido com paredes de 70cm, feitas de concreto e estrutura de ferro e aço, e podem aguentar ataques terroristas (mísseis, aviões). Existem também órgãos internacionais, que vistoriam periodicamente as usinas nucleares, em busca de irregularidades, falhas, etc.

As principais vantagens da energia nuclear são: o combustível é barato e pouco (em comparação com outras fontes de energia); é independente de condições ambientais/climáticas (não depende do sol, como usinas solares, ou da vazão de um rio, no caso das hidroelétricas); a poluição gerada (diretamente) é quase inexistente; não ocupa grandes áreas; a quantidade de lixo produzido é bem reduzido; o custo da energia gerada fica em torno de 40 dólares por MW, mais caro que a energia das hidroelétricas, mas mais barato que a energia das termoelétricas, usinas solares, eólicas, etc.

Mas há também suas desvantagens, que são: o alto custo de construção, em razão da tecnologia e segurança empregadas; mesmo com todos os sistemas de segurança, há sempre o risco do reator vazar ou explodir, liberando radioatividade na atmosfera e nas terras próximas, num raio de quilômetros; não existem soluções eficientes para tratamento do lixo radioativo, que atualmente é depositado em desertos, fundo de oceanos ou dentro de montanhas.

A fissão nuclear resulta na produção de outros elementos químicos, como plutônio. Este é usado na produção de bombas atômicas. Por isso, órgãos controladores internacionais (e americanos), tentam impedir que certos países (atualmente, o Iraque e Coréia do Norte), dominem a tecnologia nuclear.

Os principais componentes que compõem o lixo radioativo produzido nas usinas nucleares, são os produtos da fissão nuclear que ocorre no reator. Após anos de uso de uma certa quantidade de Urânio, o combustível inicial vai se transformando em outros produtos químicos, como criptônio, bário, césio, etc, que não tem utilidade na usina. Ferramentas, roupas, sapatilhas, luvas e tudo o que esteve em contato direto com esses produtos, é classificado como lixo radioativo.

Nos Estados Unidos, os restos são colocados em tambores lacrados, e enterrados bem no fundo de desertos. O custo para armazenar os tambores são tão grandes quanto a manutenção da usina. Existem projetos para levar o lixo radioativo em cápsulas em direção ao sol, o que poderia ser uma solução definitiva para o problema, já que por 100.000 anos a radiação estará sendo emitida por esses materiais. Os reatores desativados também são incluídos nessa classificação. Nenhum reator nuclear usado foi aberto no mundo todo. Geralmente são cobertos de concreto e levados para outro lugar.

Para os ambientalistas, o destino do lixo radioativo é o principal motivo deles serem contra a energia nuclear, já que ainda não se tem uma solução definitiva, e pouco se sabe das consequências da radiação para o meio ambiente. 

Acidente nuclear de Chernobyl


No ano de 1986, os operadores da usina nuclear de Chernobyl, na Ucrânia, realizaram um experimento com o reator 4. A intenção inicial era observar o comportamento do reator nuclear quando utilizado com baixos níveis de energia. Contudo, para que o teste fosse possível, os responsáveis pela unidade teriam que quebrar o cumprimento de uma série de regras de segurança indispensáveis. Foi nesse momento que uma enorme tragédia nuclear se desenhou no Leste Europeu.



Entre outros erros, os funcionários envolvidos no episódio interromperam a circulação do sistema hidráulico que controlava as temperaturas do reator. Com isso, mesmo operando com uma capacidade inferior, o reator entrou em um processo de superaquecimento incapaz de ser revertido. Em poucos instantes a formação de uma imensa bola de fogo anunciava a explosão do reator rico em Césio-137, elemento químico de grande poder radioativo.

Com o ocorrido, a usina de Chernobyl liberou uma quantidade letal de material radioativo que contaminou uma quilométrica região atmosférica. Por fim, uma nuvem de material radioativo tomava conta da cidade ucraniana de Pripyat. Em termos comparativos, o material radioativo disseminado era quatrocentas vezes maior do que as bombas utilizadas no bombardeio das cidades de Hiroshima e Nagasaki, no fim da Segunda Guerra Mundial.

Após a explosão, autoridades soviéticas organizaram uma operação de limpeza composta por 600 mil trabalhadores. Nesse mesmo tempo, helicópteros eram enviados para o foco central das explosões com cargas de areia e chumbo que deveriam conter o furor das chamas. Além disso, foi necessário que aproximadamente 45.000 pessoas fossem prontamente retiradas do território diretamente afetado.

Para alguns especialistas, as dimensões catastróficas do acidente nuclear de Chernobyl poderiam ser menores, caso esse modelo de usina contasse com cúpulas de aço e cimento que protegessem o lugar. Logo após as primeiras ações de reparo, foi construído um “sarcófago” que isolou as ruínas do reator 4. Enquanto isso, uma assustadora quantidade de óbitos e anomalias indicava os efeitos da tragédia nuclear.



            Hoje, buscando sanar definitivamente o problema da contaminação, uma equipe de projetistas trabalham na construção do Novo Confinamento de Segurança. O projeto consiste no desenvolvimento de uma gigantesca estrutura móvel que isolará definitivamente a usina nuclear de Chernobyl. Dessa forma, a área do solo contaminado será parcialmente isolada e a estrutura do sarcófago descartada.

Apesar de todos esses esforços, estudos científicos revelam que a população atingida pelos altos níveis de radiação sofre uma série de enfermidades. Além disso, os descendentes dos atingidos apresentam uma grande incidência de problemas congênitos e anomalias genéticas. Por meio dessas informações, vários ambientalistas se colocam radicalmente contra a construção de outras usinas nucleares.

Acidente nuclear no Japão


O acidente em uma central nuclear na cidade de Fukushima, no Japão, após o forte terremoto que atingiu o país em uma sexta-feira, foi classificada como de nível 4 na Escala Internacional de Eventos Nucleares, que vai de 0 a 7. A classificação é a terceira mais alta, ficando apenas atrás do acidente em Three Mile Island, nos Estados Unidos, em 1979 (nível 5) e de Chernobyl, em 1986 (grau 7).

A classificação 4 qualifica acidentes "com consequências de alcance local", segundo documentos da AIEA (Agência internacional de Energia Atômica).

O termo anomalia é utilizado para o nível 1 e, incidente, para os níveis 2 e 3. O nível 4 é o pior até o momento no Japão, de acordo com a Agência japonesa de Segurança Nuclear e Industrial.



O reator Daiichi 1, ao norte da capital Tóquio, começou a vazar radiação depois que o terremoto de magnitude 8,9 causou um tsunami, prontamente levantando temores de um derretimento nuclear. O sistema de resfriação do reator nuclear falhou após os tremores, causando uma explosão que rompeu o telhado da usina.

O governo insistiu que os níveis de radiação eram baixos. Segundo a agência de notícias japonesa Jiji, três trabalhadores sofreram de exposição radioativa perto da usina de Fukushima.

Esta foi a primeira vez que o Japão confrontou uma ameaça significativa de radiação desde o maior pesadelo de sua história, uma catástrofe exponencialmente pior: os ataques com bombas atômicas em Hiroshima e Nagasaki, em 1945, que resultaram em mais de 200 mil mortes.

As autoridades afirmam que os níveis de radiação em Fukushima estavam elevados antes da explosão. Em determinado momento, a usina estava liberando a cada hora a quantidade de radiação que uma pessoa normalmente absorve do ambiente em um ano.


Apesar disso, especialistas afirmaram que as fotos de uma névoa sobre a usina sugerem que apenas pequenas porções de radiação foram liberadas, como parte das medidas para assegurar a estabilidade do reator, muito diferente das nuvens radioativas que saíram de Tchernobil, na Ucrânia, quando houve a explosão.
          
            Valeriy Hlyhalo, vice-diretor do centro de segurança nuclear de Tchernobil, disse à agência de notícias Interfax que os reatores japoneses são mais protegidos, onde pouco mais de 30 bombeiros foram mortos na explosão. Pior acidente nuclear civil da história, Tchernobil também causou a morte de milhares de pessoas, que adoeceram devido à radiação. 

Principais acidentes nucleares recentes


Veja a seguir uma relação dos principais acidentes ocorridos em instalações nucleares desde 1979:

- 28 de Março de 1979 nos EUA: em Three Mile Island (Pensilvânia), uma série de erros humanos e de falhas materiais impediram o resfriamento normal de um reator, cujo centro começou a derreter. Os dejetos radioativos provocaram uma enorme contaminação no interior do recinto de confinamento (Containment Building), mas não afetaram a população nem o meio ambiente. Cerca de 140 mil pessoas foram temporariamente deslocadas. O acidente foi classificado no nível 5 da escala internacional de eventos nucleares (INES), de um total de sete níveis.

- Agosto de 1979 nos EUA: um vazamento de urânio em uma instalação nuclear secreta perto de Erwin (Tennessee) contaminou cerca de mil pessoas.

- Janeiro-Março de 1981 no Japão: quatro vazamentos radioativos ocorrem na usina nuclear de Tsuruga (centro). 278 pessoas foram contaminadas por radiação.

- 26 de Abril de 1986 na URSS: o reator número 4 da usina soviética de Chernobyl, na Ucrânia, explodiu durante um teste de segurança, causando a maior catástrofe nuclear civil da história e deixando mais de 25 mil mortos (estimativas oficiais). Durante dez dias, o combustível nuclear queimou, jogando na atmosfera radionuclídeos de uma intensidade equivalente a mais de 200 bombas atômicas iguais à que caiu em Hiroshima e contaminando três quartos da Europa. Moscou tentou encobrir o desastre e, depois, minimizar o acidente, classificado em nível 7. As vítimas foram em maioria russos, ucranianos e bielorrussos que participaram da limpeza e da construção de um sarcófago ao redor do reator acidentado.

- Abril de 1993 na Rússia: uma explosão na usina de reprocessamento de combustível irradiado em Tomsk-7, cidade secreta da Sibéria Ocidental, provocou a formação de uma nuvem e a projeção de matérias radioativas. O número de vítimas é desconhecido.

- 11 de Março de 1997 no Japão: a usina experimental de reprocessamento de Tokaimura (nordeste de Tóquio) foi parcialmente paralisada depois de um incêndio e de uma explosão que contaminou 37 pessoas.

- 30 de Setembro de 1999 no Japão: um novo acidente no centro de Tokaimura, devido a erro humano, levou a morte dois técnicos. Mais de 600 pessoas, funcionários e habitantes do entorno, foram expostas à radiação e cerca de 320 mil pessoas foram retiradas da área. Os dois técnicos haviam provocado involuntariamente um acidente de criticidade (reação nuclear descontrolada) ao utilizar uma quantidade de urânio muito superior à prevista durante o processo de fabricação.

- 9 de Agosto de 2004 no Japão: na usina nuclear de Mihama (centro), vapor não radioativo vazou por um encanamento que se rompeu em seguida, ao que parece, por uma grande corrosão, provocando a morte de cinco funcionários por queimaduras.

- 23 de Julho de 2008 na França: durante uma operação de manutenção realizada em um dos reatores da usina nuclear de Tricastin (sul), substâncias radioativas vazaram, contaminando muito levemente uma centena de empregados.

- 12 de Março de 2011 no Japão: no dia seguinte a um terremoto muito forte seguido de tsunami, uma explosão ocorreu no reator da usina nuclear de Fukushima Nº1 (250 km ao norte de Tóquio).

sábado, 11 de agosto de 2012

Processos da Fissão Nuclear


A fissão do urânio ocorre da seguinte forma, quando o isótopo urânio-235 (235U) recebe um nêutron, ele passa para um estado excitado que corresponde ao urânio-236 (236U). Pouco tempo depois esse novo núcleo excitado se rompe em dois novos elementos. Esse rompimento, além de liberar novos nêutrons, libera uma grande quantidade de energia.

Os nêutrons provenientes do rompimento do núcleo excitado vão encontrar novos núcleos, gerando, portanto, uma reação em cadeia. Para que os novos nêutrons liberados encontrem novos núcleos, a reação se mantem em cadeia, após a fissão do núcleo de urânio, deve-se ter uma grande quantidade de urânio-235. Como a concentração de urânio-235 no mineral urânio é pouca, obtém-se o urânio-235 em grande escala através do processo de enriquecimento do urânio.