Os fenômenos do mundo físico são descritos introduzindo-se uma variedade de forças diferentes como a força peso, a força de atrito entre superfícies secas, a força de viscosidade, a força normal, as forças elásticas de deformação dos corpos e a força eletrostática (coulombiana), só para citar algumas.
Contudo, descrevendo-se os fenômenos em termos de seus componentes microscópicos (elétrons, prótons, neutrons, átomos, moléculas, etc.) e suas interações mútuas, aquela variedade de forças pode ser compreendida em termos de apenas quatro interações fundamentais: a gravitacional, a eletromagnética, a nuclear fraca e a nuclear forte. A interação gravitacional é responsável pelas estruturas muito grandes, como as galáxias, sistemas planetários e estelares. Na experiência cotidiana, a interação gravitacional aparece como o peso dos corpos.
A interação eletromagnética é responsável pelas propriedades gerais dos átomos e das moléculas, dos sistemas em que átomos e moléculas aparecem agregados em líquidos e sólidos, e pelas propriedades químicas das substâncias. Na experiência cotidiana, a interação eletromagnética aparece como o atrito, a normal, a viscosidade e as forças elásticas. A interação nuclear fraca é responsável por alguns tipos de processos radioativos como, por exemplo, o decaimento b. A interação nuclear forte é responsável por quase todas as propriedades dos núcleos atômicos mas não produz efeitos diretamente observáveis na experiência cotidiana.
O núcleo atômico é composto de partículas chamadas nucleons.
Existem duas espécies de nucleons: os prótons, com carga elétrica positiva, e os neutrons, sem carga elétrica. Usualmente se representa por A, Z e N, respectivamente, o número de nucleons, o número de prótons e o número de neutrons.
Assim: A = Z + N.
Os nucleons são mantidos juntos pela interação nuclear forte, de caráter atrativo, apesar do efeito contrário da interação coulombiana, de caráter repulsivo, entre os prótons. A interação nuclear forte tem um alcance muito pequeno, da ordem de 10-15 m, e é independente da carga elétrica, isto é, atua igualmente entre dois prótons, dois neutrons ou um próton e um neutron. Como conseqüência do curto alcance da interação nuclear forte, cada nucleon atrai apenas os nucleons mais próximos. Como conseqüência do alcance infinito da interação coulombiana, cada próton interage com todos os outros prótons do núcleo em questão. Assim, enquanto a interação nuclear forte contribui para a estabilidade do núcleo, a interação coulombiana contribui para a sua desestabilização.
Dado um núcleo qualquer, a energia liberada quando da suaformação a partir dos seus nucleons separados de uma distância infinita ou, o que dá no mesmo, a energia que deve ser fornecida a esse núcleo para separar seus nucleons de uma distância infinita é o que se chama de energia de ligação de tal núcleo. Uma indicação da estabilidade nuclear resultante das interações coulombiana e nuclear forte é dada pelo comportamento da energia de ligação por nucleon, E/A, em função do número de nucleons. O gráfico de E/A contra A é máximo em A 60. A existência de um máximo neste gráfico explica porque tanto processos de fusão de núcleos leves quanto processos de fissão de núcleos pesados podem levar a liberação de energia.
Considerando-se que cada nucleon interage atrativamente pela interação nuclear forte apenas com os nucleons mais próximos, é de se esperar que E/A se mantenha constante a partir de certo valor de A. Mas, levando-se em conta a existência da repulsão coulombiana entre os prótons e o seu crescimento com o crescimento do número de prótons e, portanto, com A, é de se esperar que E/A caia com A. Isto se observa para A > 60. A diminuição é lenta apesar de o efeito depender do número total de pares de prótons porque a interação coulombiana é cerca de 100 vezes menos intensa que a interação nuclear forte. Por outro lado, para núcleos com A muito pequeno, cada nucleon tem poucos vizinhos e E/A deve ser pequena. Para A cada vez menores, menor o número de vizinhos e menor E/A. Isso se observa para A < 60.
Fusão nuclear é o processo de formação de um núcleo a partir da colisão e posterior junção de dois núcleos menores. Os núcleos que colidem devem ter, inicialmente, uma energia cinética que lhes permita se a1proximar contra a repulsão coulombiana o suficiente para que a interação nuclear forte passe a ser efetiva e mais importante. Como a repulsão coulombiana é tanto mais importante quanto maior a carga elétrica dos núcleos em colisão, a fusão nuclear pode ser provocada com mais facilidade entre núcleos com número pequeno de prótons. De qualquer modo, a fusão nuclear com liberação de energia só ocorre se o número de nucleons do núcleo resultanteé menor ou da ordem de 60.
A título de exemplo, seja a fusão de dois núcleos de oxigênio (A = 16) para formar um núcleo de enxofre (A = 32):
Pela observação do gráfico E/A contra A tem-se aproximadamente 7,8 MeV e 8,6 MeV, respectivamente, para os núcleos 16O e 32S. Assim, DE = [(32)(8,6 MeV) - (2)(16)(7,8 MeV)] = 275,2 MeV - 249,6 MeV = 25,6 MeV. Como DE > 0, a energia de ligação do núcleo resultante é maior do que a soma das energias de ligação dos núcleos iniciais. Em outras palavras, como uma energia de 275,2 MeV deve ser fornecida ao sistema no estado final (núcleo 32S) para separá-lo em nucleons infinitamente separados e uma energia de 249,6 MeV deve ser fornecida ao sistema no estado inicial (os dois núcleos 16O) para separá-lo em nucleons infinitamente separados, o sistema deve ter perdido uma energia de 25,6 MeV. Esse resultado se deve ao fato de as energias de ligação por nucleon dos núcleos iniciais serem menores do que a energia de ligação por nucleon do núcleo final, ou seja, a fusão nuclear com liberação de energia só ocorre se o número de nucleons do núcleo resultante é menor ou da ordem de 60, já que a curva E/A contra A tem máximo em A 60.
Fissão nuclear é o processo de divisão de um núcleo em dois núcleos menores, de tamanho comparável. Os núcleos com um grande número de nucleons estão sujeitos fissão espontânea, com uma probabilidade muito pequena, e sujeitos à fissão induzida por captura de neutrons de baixa energia, com uma probabilidade maior.
A título de exemplo, seja a reação de fissão de um núcleo de urânio (A = 235) em um núcleo de rubídio (A = 97) e um núcleo de Césio (A = 137):
Pela observação do gráfico E / A contra A tem-se aproximadamente 7,7 MeV e 8,6 MeV e 8,2 MeV, respectivamente, para os núcleos 236U e 97Rb e 137Cs.
Assim, DE = [(97)(8,6 MeV) + (137)(8,2 MeV) + (2)(7,7 MeV) - (236)(7,7 MeV)] = 1973,0 MeV - 1817,2 MeV = 155,8 MeV. Como DE > 0, o sistema deve ter perdido uma energia de 155,8 MeV. Novamente esse resultado se deve ao fato de a energia de ligação por nucleon do núcleo inicial (o núcleo composto [ 236U ]) ser menor do que a soma das energias de ligação por nucleon dos núcleos finais e dos dois neutrons, ou seja, a fissão nuclear com liberação de energia só ocorre se o número de nucleons dos núcleos resultantes é maior ou da ordem de 60.
Este cálculo é aproximado e é o possível a partir do gráfico considerado. Na realidade, a energia total liberada na reação é maior porque os núcleos resultantes são instáveis e decaem, posteriormente, por emissão de elétrons, neutrinos e raios g.
O processo de fissão de um núcleo com um grande número de nucleons pode ser pensado como dividido em etapas. O parâmetro d caracteriza grosseiramente a separação entre os fragmentos da fissão, ou seja, a evolução do processo. O núcleo inicial absorve um neutron de baixa energia, formando o núcleo composto. O núcleo composto nasce já num estado altamente excitado, com a energia de excitação colocada em modos coletivos de vibração. Se, numa dessas vibrações coletivas, o núcleo composto assume uma forma com dois blocos de nucleons separados por uma estreita ponte, pode acontecer que, entre esses blocos, a repulsão coulombiana seja mais importante que a atração devido à interação nuclear forte e, então, o núcleo composto se fragmenta.
Como o gráfico da energia de ligação por nucleon em função do número de nucleons apresenta um máximo em A 60, tanto processos de fusão de núcleos leves quanto processos de fissão de núcleos pesados podem levar a liberação de energia e podem, portanto, servir de fundamento tanto para a construção de reatores de geração de energia quanto para a construção de bombas com extremo poder de destruição.
Fonte: www.ufsm.br
Em apenas 30 anos, a energia nuclear aumentou a sua participação na produção total de energia elétrica partindo de um valor extremamente pequeno, 0.1%, para um valor substancial de 17%. Para se dar a perspectiva deste desenvolvimento importante a energia hidrelétrica cuja tecnologia vem sendo empregada há cerca de um século participa no balanço elétrico mundial com cerca de 18%, e as perspectivas de um aumento deste valor são limitadas a nível mundial, o que não é o caso da energia nuclear.
Durante os próximos dez anos o desenvolvimento da energia nucleoelétrica no mundo não se igualara ao grande crescimento das duas últimas décadas. As razões para isto são várias e complexas. Cita-se inicialmente um decréscimo da taxa de crescimento da energia elétrica nos países industrializados na última década em conseqüência da diminuição do crescimento econômico. É de se notar que mais de 80% da capacidade instalada em usinas nucleares no mundo está concentrada nos países da OCDE, e serão estes países que continuarão a ditar o crescimento da energia nuclear a nível mundial.
Houve, também, adicionalmente, um aumento das preocupações do público em relação à energia nuclear, Ievando a cancelamentos ou atrasos de usinas nucleares e revisão de programas de expansão. Há fortes sinais de que se inicia uma maior aceitação pelo público da energia nuclear nos dias de hoje, após várias reuniões internacionais especializadas sobre meio ambiente e a constatação de um possível aquecimento do planeta devido ao efeito estufa adicional, em parte causado por fontes térmicas convencionais de geração de energia elétrica.
A Usina Nuclear Angra 2 com reator Siemens a Água Pressurizada, com potência elétrica de 1300 MW. A Eletronuclear, uma associação brasileira com a Siemens, utiliza este tipo de reator como base de projeto das usinas nucleares do Programa Nuclear Brasileiro.
O reator é a parte da usina nuclear onde o calor é gerado pela fissão de nucleos atômicos, sendo utilizado para a produção de vapor. O vapor aciona um conjunto turbina-gerador elétrico. Assim, este sistema nuclear gerador de vapor equivale às caldeiras de carvão, a óleo combustível ou a gás das usinas termoelétricas convencionais.
O Reator a Água Pressurizada utiliza água leve para para a remoção do calor gerado pela fissão nuclear e para a desaceleração (moderação) dos neutrons (partes constituintes do núcleo atômico) liberados no processo da fissão nuclear. A água é desmineralizada e tratada quimicamente para torná-la um meio refrigerante apropriado para o reator.
A pressão e a temperatura operacionais do sistema de refrigerante do reator são ajustadas de tal maneira que o refrigerante não evapore, aproveitando-se assim o intenso poder de refrigeração da água pressurizada.
O refrigerante é bombeado através do reator e dos geradores de vapor (sistema primário) por meio de 4 circuitos de refrigeração paralelos, mediante bombas de circulação acionadas por motores elétricos.
A água de alimentação introduzida no lado secundário do gerador de vapor(GV) absorve o calor transferido do lado primário e se evapora. O vapor saturado assim gerado é conduzido até a turbina, acionando-a; após condensação nos condensadores, retorna aos geradores de vapor sob a forma de água de alimentação.
O reator a água pressurizada de Angra 2 trabalha com 4 circuitos térmicos independentes. O sistema de refrigeração do reator está isolado do circuito água/vapor da turbina(sistema secundário) pela interposição dos geradores de vapor (GVs). Consequentemente, nenhuma radioatividade pode passar do sistema de refrigeração do reator para o circuito da turbina. As instalações de conversão da energia do vapor em energia elétrica não são, portanto, essencialmente diferentes daquelas das usinas termoelétricas convencionais.
Na manhã do dia 6 de agosto, apareceu em um jornal a manchete que dizia que uma enorme bomba havia sido lançada sobre a cidade de Hiroshima. Três dias depois outra dessas bombas foi jogada sobre Nagasaki, forçando os japoneses a se render em 14 de agosto. As bombas eram tão potentes que os rapazes do 991o Pelotão nem sequer teriam de ir a Tóquio.
A tremenda força de coesão nuclear, isto é, a energia que faz do núcleo dos átomos a entidade mais compacta de todo o universo, havia sido rompida, liberando uma força inimaginável – a bomba de Hiroshima equivalia a 13 mil toneladas de TNT – e dando início a uma corrida para a construção de bombas cada vez mais poderosas. Sete anos depois foi detonada a primeira bomba de hidrogênio americana, cujo nome em código era "Mike", com uma potência equivalente a 9,4 milhões de toneladas de TNT. Se tivesse sido lançada sobre Nova York, ela teria eliminado a cidade da face da Terra.
Até meados da década de 60, no auge da Guerra Fria, os Estados Unidos haviam armazenado cerca de 32 mil bombas nucleares, responsáveis pelo surgimento de montanhas de lixo radioativo, um subproduto da fabricação de plutônio para esses letais armamentos. Para obter 1 quilo de plutônio, era preciso processar cerca de mil toneladas de minério de urânio. Produzido a partir do urânio bombardeado com nêutrons em um reator nuclear, o plutônio era em seguida separado do urânio em infernais banhos de ácido e solvente cujo destino final não fora decidido.
Agora uma limpeza longamente adiada está sendo realizada nas 114 instalações nucleares americanas, que ocupam uma área de 8,5 mil quilômetros quadrados.
Muitas das instalações menores já foram limpas, mas os problemas maiores ainda não foram resolvidos. O que será feito das 47 mil toneladas de combustível, ainda radioativo, usado em reatores nucleares comerciais e militares? Dos 344 milhões de litros de resíduos líquidos resultantes do processamento de plutônio?
De mais de meio milhão de toneladas de urânio empobrecido? De milhões de metros cúbicos de equipamentos, pedaços de metal, roupas, óleos, solventes e outros dejetos contaminados? E de cerca de 245 milhões de toneladas da escória do processamento de minério de urânio – metade das quais estabilizada – empesteando o meio ambiente? Para transportar essa escória em vagões ferroviários de carga, e os resíduos líquidos em vagões-tanques, seria preciso um inimaginável trem com 5,3 mil quilômetros de comprimento.
Fonte: www.geocities.com
