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Reatores Nucleares

 

Reatores Nucleares

O grande objetivo das centrais nucleares (fig.3) é controlar reações nucleares de maneira a que a energia seja libertada gradualmente sob a forma de calor.

Assim como as centrais que funcionam com combustíveis fosseis, o calor gerado é usado para ferver água de modo a produzir vapor, que por sua vez faz funcionar turbogeradores convencionais.

Consegue-se assim obter energia eléctrica

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Fig. 3 – Central nuclear em Buchanan, New York

Funcionamento de um reator nuclear

Combustível (fig.5): Num reator nuclear estão combinados o combustível e o emprego de um material moderador. Normalmente utiliza-se urânio como combustível com um conteúdo de cerca de 3 % de U235, quase sempre na forma de dióxido de urânio (U02), que é prensado em forma de grandes pastilhas e que se introduzem em tubos com vários metros de comprimento, fabricados com uma liga especial de zircónio.

Tubos (fig.4): os tubos têm a função de evitar que os productos resultantes da combustão do urânio, em parte gasosos e altamente radioativos, contaminem o interior do reator. Estes perigosos resíduos não devem chegar ao líquido refrigerante do reator, pois em caso de escape para o exterior, iria haver uma contaminação do ambiente.

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Fig. 4 – Reator nuclear

Material moderador: durante a reação com urânio 235 libertam-se gigantescas quantidades de neutrões. Este enorme fluxo chega ao moderador que rodeia os módulos de combustível ou até que está misturado em parte com esse, diminuindo-o, e por conseguinte controlando a reação.

Os melhores moderadores são a água vulgar (H2O), a água pesada, carbono de extrema pureza em forma de grafite e o berílio.

Os moderadores líquidos têm uma função importantíssima, na medida em que atuam como meio refrigerante. Este não só absorve a energia térmica emitida pelo abrandamento dos neutrões, mas também arrefece os módulos de combustível aquecidos pela reação. Ao falhar a refrigeração (como aconteceu em Chernobyl), pode ocorrer a fundição do núcleo do reator, destruindo as diversas protecções, podendo o seu conteúdo ser libertado para o exterior. Isto traria consequências desastrosas para o meio ambiente.

Barras de controlo (fig.5): no núcleo do reator introduzem-se as chamadas barras de controlo, compostas de um material que absorve parte dos neutrões libertados durante a reação. Retirando e introduzindo as barras, regulam-se as flutuações no desenvolvimento da reação em cadeia e pode-se conseguir que os módulos de combustível sejam utilizados uniformemente. A função mais importante das barras de controlo é a de fazer cessar as reações nucleares subitamente em caso de perigo.

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Fig. 5 – No núcleo do reator nuclear estão presentes o combustível nuclear e as barras moderadoras

Tecnologia dos reatores nucleares (fig.6)

Como já foi referido atrás, os reatores nucleares servem principalmente para gerar grandes quantidades de energia térmica, e por isso são utilizados para a produção de energia eléctrica.

Contudo, a energia térmica não consegue ser totalmente transformada em energia eléctrica. As centrais mais modernas atingem um rendimento de apenas 35 %.

A restante energia compõe-se de calor residual que não é aproveitado para gerar vapor propulsor, e que é condensado nas altas torres de refrigeração.

Atualmente tenta-se, em casos isolados, aproveitar este calor residual.

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Fig. 6 – Esquema de funcionamento

Tipos de reatores de fissão

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1 - control rods
2 -
reator cover
3 -
reator chassis
4 -
inlet and outlet nozzles
5 -
reator vessel
6 -
ative reator zone
7 -
fuel rods

Atualmente existem vários tipos de reatores nucleares de fissão:

LWR - Light Water Reators

Utilizam como refrigerante e moderador a água e como combustível o urânio enriquecido. Os mais utilizados são os BWR (Boiling Water Reator ou Reator de água em ebulição ) e os PWR (Pressure Water Reator ou Reatores de água a pressão), estes últimos considerados atualmente como padrão. Em 2001 existiam 345 em funcionamento.

CANDU - Canada Deuterium Uranium

Utilizam como moderador água pesada (cuja molécula é composta por dois átomos de deutério e um átomo de oxigênio) e como refrigerante água comum. Como combustível usam urânio comum. Existiam 34 em operação em 2001.

FBR - Fast Breeder Reators

Utilizam nêutrons rápidos no lugar de térmicos para o processo da fissão. Como combustível utilizam plutônio e como refrigerante sódio líquido. Este reator não necessita de moderador. Apenas 4 em operação em 2001.

HTGR - High Temperature Gás-cooled Reator

Usa uma mistura de tório e urânio como combustível. Como refrigerante utiliza o hélio e como moderador grafite. Existiam 34 em funcionamento em 2001.

RBMK - Reator Bolshoy Moshchnosty Kanalny

Sua principal função é a produção de plutônio, e como subproduto gera eletricidade. Utiliza grafite como moderador , água como refrigerante e urânio enriquecido como combustível. Pode recarregar-se durante o funcionamento. Apresenta um coeficiente de reatividade positivo. Existiam 14 em funcionamento em 2001.

ADS - Accelerator Driven System

Utiliza uma massa subcrítica de tório. A fissão é produzida pela introdução de nêutrons no reator de partículas através de um acelerador de partículas. Ainda se encontra em fase de experimentação, e uma de suas funções fundamentais será a eliminação de resíduos nucleares produzidos em outros reatores de fissão.

Principais tipos de reatores

Reatores de água normal: este tipo de reatores, de uso mais frequente, funcionam com urânio ligeiramente enriquecido e água normal como moderador:

Reatores de alta temperatura: utilizados sobretudo no Reino Unido, figura entre os sistemas mais avançados. Oferecem vantagens em relação aos de água normal, pois utiliza, como meio refrigerante, um gás (normalmente o hélio).

Reatores reprodutores: todos os Estados com importantes instalações de energia nuclear estão interessados no desenvolvimento dos reprodutores rápidos, já que só com este tipo de reatores é possivel aproveitar as limitadas existências de urânio da Terra. Tal como se encontra atualmente o seu desenvolvimento, esta perigosa técnica oferece a única alternativa para assegurar o nosso abastecimento energético, a não ser que no futuro de descubram novas fontes de energia, cujo aproveitamento possa ser conseguido de uma forma mais segura e económica.

Controlar os riscos de funcionamento de um reator

Todos os componentes de um reator nuclear (combustível, moderador, meio refrigerante e as barras de controlo) encontram-se instalados dentro de um grande contentor sob pressão. Fabricados com aço especial, cimento pré-esforçado e rodeado com várias envolturas, nestes contentores, as exigências de impermeabilidade e estabilidade das camadas envolventes são extremamente elevadas, a fim de garantir que em todos os acidentes imagináveis, não seja permitida a fuga de material radioativo.

Durante o funcionamento de um reator nuclear produzem-se grandes quantidades de material radioativo residual (lixos nucleares).

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Fig. 7 – Central nuclear pressurizada

Fonte: energianuclear.naturlink.pt

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CONCEITOS GERAIS

Reator Nuclear a Leito Fluidizado

O aumento no consumo de energia é parte essencial no processo de desenvolvimento mundial.

A energia nuclear é produzida através do processo de fissão nuclear, ou seja, através da quebra dos átomos de urânio- 235. Este processo ocorre dentro do reator nuclear liberando energia em forma de calor a ser utilizada para a produção da eletricidade.

A solução do problema energético não está em uma única forma de energia: esta no conjunto de várias alternativas que devem ser exploradas, pois cada fonte de energia é apropriada para uma necessidade diferente. Neste contexto, a energia nuclear têm seu papel de grande relevância no mundo, desde que seja gerada com segurança e utilizada nas aplicações adequadas.

Existe hoje, de fato, uma moratória mundial na energia nuclear, causada pela não aceitação da energia nuclear pelo público, devido aos problemas de segurança, economia e lixo nuclear.

A segurança dos reatores atuais baseia-se em sistemas especiais. Cada incidente ou acidente que aconteceu na história da operação dos reatores, levou os projetistas a implementarem sistemas de segurança ainda mais complexos, consequentemente aumentando seus custos. No entanto, todas estas medidas não conseguiram conquistar a confiança do público.

A solução na opinião de muitos cientistas e tecnologistas está em um novo conceito de reator nuclear que seja inerentemente seguro.

Este conceito elimina as possíveis consequências de acidentes. Este reator só opera quando todos os seus componentes funcionam bem, uma vez que qualquer problema causa a sua subcriticalidade automática ou seja, estado de não funcionamento do reator e a retirada imediata do combustível nuclear do seu núcleo.

Uma nova concepção de reator nuclear baseado na concepção de leito fluidizado está em desenvolvimento no Departamento de Engenharia Nuclear da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

O reator nuclear a leito fluidizado é composto por módulos, portanto podem ser construídos reatores de qualquer tamanho.

Outra característica importante está na sua implicidade em projeto, permitindo que o Brasil, tenha condições de desenvolver, projetar e, finalmente, construir este reator.

Algumas vantagens sobre os Reatores Convencionais

Simplicidade de projeto, consequentemente baixo custo, confiável e podendo ser construído com infra- estrutura existente nos países em desenvolvimento com o Brasil.

O Reator, por natureza, é inerentemente seguro. O sistema de controle é simples e dispensa sofisticados sistemas de controle dos reatores atuais.

O reator é feito em sistema modular: desta forma qualquer tamanho de reator pode ser construído a partir do módulo básico.

O combustível queimado pode ser utilizado, por exemplo,diretamente na irradiação de alimentos e grãos para armazenagem, na medicina e em outras aplicações industriais.

Não são necessários grandes e fortes prédios de contenção, pois sendo um sistema modular elimina possibilidade de grande liberação de energia num acidente.

Apesar disto, o reator esta num prédio subterrâneo para reduzir um impacto visual.

Possibilidade de contínuo reabastecimento de combustível, enquanto o reator está em operação, sem uso de equipamento complicado.

Este reator não possui componentes pesados. Isso torna sua fabricação simples e mais econômica, além de facilitar o transporte de seus componentes.

Métodos relativamente simples e consequentemente econômicos de fabricação de combustível.

As pastilhas de combustível terão o mesmo enriquecimento evitando o problema de custo de fabricação adicional e utilização de vários enriquecimentos.

O reator não sofre as consequências de um acidente por perda de refrigerante.

Um reator nuclear simples e segura a serviço da humanidade

Descrição do Reator

O reator nuclear a leito fluidizado que está se propondo, criado pelo Dr. Farhang Sefidvash, Professor de Engenharia Nuclear da Universidade do Rio Grande do Sul, é composto de um módulo básico a partir do qual pode-se construir reatores de várias potências.

Este módulo pode ser dividido em um núcleo na sua parte superior e uma câmara de combustível na parte inferior. O núcleo é formado por um tubo de fluidização cilíndrico de 25 cm de diâmetro interno, circundado por uma carcaça de forma hexagonal. A câmara de combustível é composta de um tubo de 10 cm de diâmetro interno, o qual está no prolongamento do tubo de fluidização. Entre o tubo de fluidização e a carcaça hexagonal e por conseguinte, entre a câmara de combustível e a carcaça circular, que está no prolongamento da carcaça hexagonal, forma-se um anel no qual a água entra pela parte superior, penetrando após na câmara de combustível por perfurações existentes na sua extremidade inferior. Na parte superior do reator existe uma tela que assegura o limite máximo da altura de leito fluidizado. Um anel de controle cilíndrico, absorvedor de nêutrons está conectado a esta tela. Dentro da câmara de combustível existe combustível na forma de esferas de dióxido de urânio (UO2) levemente enriquecido revestido com zircaloy, com diâmetro aproximado de 0,8 cm.

A alimentação do combustível será feita através do centro do eixo oco do acionamento da tela limitadora. Na base inferior da câmara de combustível existe uma válvula acionada através de um sistema hidráulico que permite a retirada de combustível do interior da câmara para um reservatório onde ficará permanentemente esfriado. A parte inferior do reator, ou seja, a carcaça circular, é aterrada numa camada de grafite. Na parte superior do tubo de fluidização existe um gerador de vapor do tipo "shell and tube". O fluxo de refrigerante ''e feito através de uma bomba em circuito fechado.

No módulo existe um pressurizador para estabilizar a pressão e uma válvula de despressurização, que injeta vapor no condensador, quando é necessário diminuir a pressão para permitir a abertura da válvula de descarga do combustível.

Em torno do reator existe um refletor de grafite e blindagem biológica.

Funcionamento do Reator

Conforme cálculos preliminares, a variação na razão entre a quantidade de moderador e combustível resulta numa faixa de reatividade crescente num certo intervalo de porosidade, atingindo um valor máximo, e decrescendo posteriormente com ulterior aumento na porosidade. (Ver a figura abaixo).

Baseado neste fato, o reator compensará a diminuição de reatividade, devido à queima de combustível à produção de venenos, através de um aumento de porosidade. A porosidade é controlada através do fluxo de refrigerante.

Como segurança adicional existe uma tela que serve como limitante ao aumento de porosidade acima do valor desejado, ou seja, o máximo permitido.

No caso de um acidente de perda de refrigerante, ou qualquer outro tipo de acidente, ocorrerá um desligamento automático da bomba, com consequente precipitação do combustível do núcleo para a câmara de combustível, onde devido à configuração geométrica o sistema se torna altamente subcrítico.

Se desejado, o combustível pode ser retirado através da válvula de descarga de combustível para um reservatório onde ficará permanentemente armazenado.

Outra alternativa seria, com injeção de água, alterar o nível do reservatório até cobrir a base do reator, fazendo com que o mesmo fique permanentemente esfriado.

Controle do reator

As quatro maiores áreas de discussão no controle do reator são: início do processo, operação em estado estacionário, parada e estado transiente.

Quando o reator começa a operar, o núcleo está a uma temperatura muito mais baixa que a temperatura de operação. Devido ao coeficiente negativo de temperatura, o reator deve alcançar a potência máxima através de sucessivos ajustes da velocidade do fluxo refrigerante, com consequente alteração na porosidade, variando, desta maneira, a razão moderador combustível. Este ajuste implica em que se faça uma alteração da altura da tela limitadora em vários passos. Durante as condições normais de operação, pequenas flutuações de reatividade são controladas através da variação do fluxo de refrigerante no intervalo de compensação compreendido entre o nível superior do leito e a tela limitadora.

Para compensar os efeitos da queima do combustível, eleva-se o nível da tela limitadora e aumenta-se o fluxo de refrigerante. A parada do reator é facilmente obtida através do decréscimo da velocidade da bomba, causando diminuição da porosidade do núcleo. O leito em colapso é altamente subcrítico.

Reatores Nucleares

Reatores Nucleares

01- SUPORTE ESTRUTURAL 
02- ACIONADOR HIDRÁULICO
03- VÁLVULA DE DESCARGA DE COMBUSTÍVEL
04- GRAFITE
05- NÚCLEO DO REATOR
06- EIXO OCO DA TELA
07- DESPRESSURIZADOR
08- SAÍDA DE VAPOR
09- CONJUNTO ACIONADOR DA TELA
10- ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL
11- PRESSURIZADOR
12- ENTRADA DE ÁGUA
13- GERADOR DE VAPOR
14- TELA
15- ANEL ABSORVENTE
16- CARCAÇA HEXAGONAL
17- TUBO DE FLUIDIZAÇÃO
18- CARCAÇA CIRCULAR
19- CÂMARA DE COMBUSTÍVEL
20- DISTRIBUIDOR
21- PERFURAÇÕES DE ENTRADA
22- ENTRADA DE REFRIGERANTE
23- SAÍDA DE REFRIGERANTE
24- BOMBA CIRCUITO PRIMÁRIO
25- REFLETOR DE GRAFITE
26- BLINDAGEM BIOLÓGICA

Reator Nuclear a Leito Fixo

Problema da energia

O aumento da população mundial e a melhora de seu padrão de vida implicam em maior necessidade de produção de energia, em particular, energia elétrica, essencial no processo de desenvolvimento mundial. Cerca de 30% da energia primária mundial é consumida na geração de eletricidade, cerca de 15% é usada para o transporte, e os restantes 55% é convertida em água quente, vapor e calor. As aplicações não-elétricas incluem dessalinização, água quente para o aquecimento de cidades, vapor para indústrias como a petroquímica.

Solução do problema de energia e o papel da energia nuclear

A solução do problema energético não está em uma única fonte de energia, mas no conjunto das várias alternativas existentes, pois cada fonte de energia é apropriada para atender necessidades diferentes. Então, utilizar uma combinação de diferentes formas de energia é a solução. A porcentagem da contribuição de cada forma de energia depende do lugar em questão.

Efeito ao meio ambiente

No entanto, cada vez mais a humanidade está preocupada com o impacto da produção de energia sobre o meio ambiente, especialmente no que diz respeito à emissão de gases do efeito estufa, como o gás carbônico (CO2). O protocolo de Kyoto exige que os países industrializados do mundo reduzam gradualmente suas emissões de CO2 na atmosfera até atingirem patamares semelhantes aos de 1990. Dentre os países que assinaram este acordo, os Estados Unidos mais tarde decidiram por não ratificá-lo, por causa dos altos custos envolvidos na implementação desse projeto. Uma das alternativas cogitadas para resolver este problema foi o uso da energia nuclear, já que pode-se haver abundância de energia disponível e nenhuma emissão de gases do efeito estufa. Por isso, a energia nuclear tem um papel importante, desde que produzida de maneira segura e utilizada nas aplicações apropriadas, observando os novos padrões exigidos.

A percepção pública em geral é de que os reatores nucleares convencionais não são adequados. Portanto, é necessário o desenvolvimento de novos conceitos de reatores nucleares inovadores para alcançar os objetivos de economia, segurança, impacto reduzido ao meio ambiente, resistência à proliferação nuclear e sustentabilidade.

Mercado para reatores de pequeno porte

Estudos da Agência Internacional de Energia Atômica (AEIA) demonstram a necessidade de reatores de pequeno porte quanto à geração de energia. Os reatores de pequeno porte atendem as necessidades locais de consumo, sem os problemas de perda de energia e custos de transmissão a longas distâncias.

Também, as redes elétricas dos países pequenos não comportam a energia gerada por um reator grande, pois o tamanho de cada fonte não pode exceder de 10 a 15% da energia total da rede, sob o risco de um blackout. Os reatores de pequeno porte vêm ao encontro das necessidades de consumo de curto prazo, possibilitando a realização de investimentos pequenos quando houver real necessidade, não necessitando investimentos grandes ao antecipar necessidades incertas de longo prazo.

Os reatores nucleares de pequeno porte sem necessidade de reabastecimento no local, cujo desenvolvimento está no programa atual da AIEA, têm maior simplicidade, melhor adequação com sistemas de segurança passivos e são mais adequados para países com pequenas demandas energéticas e capacidades limitadas de investimento.

Para salientar, os reatores de pequeno porte têm as vantagens de investimento de capital reduzido, utilização no local sem custos com transmissão de energia, necessidade de infraestrutura modesta, uso de tecnologia mais simples ajudando no processo de curva de aprendizagem (Learning Curve), são mais seguros porque têm perigo potencial menor, são adequados para as redes elétricas pequenas e são capazes de satisfazer as necessidades de energia de modo gradual.

Além disso:

São adequados para países com pequenas demandas de energia elétrica e infraestrutura insuficiente. São adequados para países que tenham capacidade limitada de investimento, especialmente por causa de taxas de câmbio desfavoráveis e pouco retorno de capital no mercado de energia elétrica.

Oferecem a opção de geração de eletricidade em conjunto com dessalinização de água, que corresponde às necessidades urgentes de muitos países em desenvolvimento.

Podem oferecer uma variedade de características passivas que podem ser difíceis de se obter com grandes reatores. Esse fato os torna uma boa escolha para países com infra-estrutura nuclear insuficiente e recursos humanos limitados.

Provêm uma alternativa atrativa para consignação de combustível e a facilidade de ser abastecido em fábrica e de uma usina elétrica transportável, que pode ser uma solução para países com capacidades limitadas em dominar o ciclo de combustível ou para os que preferem apenas ser usuários finais da energia nuclear.

Em países industrializados, a desregulamentação do mercado de energia elétrica clama por uma geração de energia flexível que os pequenos reatores podem oferecer.

São de interesse especial para aplicações não-elétricas avançadas, como a produção de hidrogênio, a liquefação de carvão, etc.

Provêm meios para se adquirir conhecimento e tecnologia através do protótipo de uma pequena usina nuclear.

Como os reatores nucleares não emitem dióxido de carbono, eles proverão os países em desenvolvimento e industrializados com desenvolvimento sustentável através da produção de eletricidade e de calor para processos industriais.

Esforços mundiais para iniciar uma nova era da energia nuclear

Recentemente, surgiram algumas iniciativas internacionais com relação ao desenvolvimento de reatores nucleares inovadores, visando o futuro da energia nuclear.

Essas incluem o Fórum Internacional da Geração IV (GIF), liderado pelos EUA, que começou seu trabalho em 2000. A rede Michelângelo para assegurar a competitividade e sustentabilidade da energia nuclear na União Européia (MICANET), formada em 1997. Também o Projeto Internacional, INPRO, pela Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA), para Reatores e Ciclos de Combustíveis Inovadores (INPRO - International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles), lançado em 2001.

Os principais objetivos do INPRO são (1) “Assegurar que a energia nuclear estará disponível para suprir as necessidades de energia do século 21 de maneira sustentável.”, e (2) “Unir os possuidores e utilizadores de tecnologia para que em conjunto tomem ações em nível nacional e internacional para criar os reatores nucleares inovadores e ciclos de combustível desejados.” - IAEA-TECDOC-1362.

A necessidade de inovação

O INPRO diz que para que a tecnologia nuclear faça substancial contribuição para fornecimento da energia futura, ela deverá ser inovadora. Inovação é o ponto chave para o sucesso da indústria nuclear. Além disto, deverá haver cooperação internacional em apoio de tal indústria, desde aspectos científicos e tecnológicos, até em atividades de segurança e salvaguarda. Inovação também é essencial para atrair talentosos cientistas, engenheiros e técnicos para contribuir para o fornecimento de energia a nível global. Em resumo, o INPRO exige que os reatores do futuro tenham as características de segurança inerente, resfriamento passivo, economia, reduzido impacto ao meio ambiente, resistência à proliferação nuclear e sustentabilidade.

Como um reator nuclear funciona

Urânio ou plutônio são chamados de combustível nuclear. Esse combustível é abrigado dentro de tubos cilíndricos ou cascas esféricas vedados chamados de revestimento, para que os materiais radioativos produzidos devido à fissão nuclear não escapem e entrem em contato com o meio circundante. Num processo chamado fissão nuclear, a partícula nêutron interage com o combustível. O urânio quebra (fissiona), gerando calor, e produz novos elementos radioativos chamados “Produtos de Fissão” e alguns nêutrons. Estes nêutrons dão início a outras fissões, começando um processo auto-sustentável chamado de reação em cadeia. Se este processo não for controlado, poderá resultar num número sempre crescente de interações produzindo quantidade de energia cada vez maior, deixando o sistema em estado de supercriticalidade, que o levaria a uma produção de energia fora de controle. Num reator nuclear convencional, este processo é controlado através de um sistema utilizando barras de controle, que são inseridas dentro do reator e absorvem os nêutrons extras, mantendo o processo de fissão no nível desejado.

Controlar a população de nêutrons no reator controla a geração de energia. O equilíbrio na quantidade de nêutrons produzida é feita considerando-se o número de nêutrons produzidos pela fissão, o número de nêutrons absorvidos pelos materiais existentes dentro do reator e pelos elementos de controle e o número de nêutrons que escapam do reator. Quando a população de nêutrons, e em consequência a geração de energia, se mantém constante com o tempo, o reator é dito como estando na condição crítica, o que quer dizer que o reator está produzindo energia constantemente e sob controle. Quando a geração de energia aumenta com o tempo, o reator está no estado de supercriticalidade e, se não for controlado, pode resultar no superaquecimento do reator. O superaquecimento pode danificar o revestimento do combustível e causar a liberação de produtos de fissão radioativos no ambiente. Se a população de nêutrons diminuir com o tempo, então a condição de subcriticalidade é alcançada, levando ao desligamento do reator. Esses estados de criticalidade, supercriticalidade e subcriticalidade do reator são funções da composição dos materiais e da geometria do núcleo do reator.

Fontes de calor num reator nuclear

Os produtos de fissão são, na maioria, materiais radioativos, ou seja, materiais que emitem radiações. A intensidade de emissão da radiação diminui com o tempo, processo que é chamado de decaimento radioativo. A absorção da radiação pelos materiais também gera calor. Portanto existem duas fontes de calor num reator nuclear. Uma é a fissão, e a outra devido ao decaimento de produtos de fissão. Por esta razão, depois que o reator está desligado e o processo de fissão terminado, o reator ainda precisa ser resfriado.

Onde está o perigo de um reator nuclear

O perigo relacionado com um reator nuclear é decorrente de um possível acidente, devido ao qual não se possa retirar do reator o calor gerado pela fissão ou pelo decaimento dos produtos de fissão. Assim, o reator esquenta demais e pode derreter o revestimento do combustível liberando os produtos de fissão, que são materiais radioativos, contaminando o meio ambiente.

Como os reatores nucleares convencionais combatem os perigos

Nos reatores convencionais, a fissão é controlada por sistemas de controle. Nas situações de acidente, o sistema insere as barras de controle dentro do reator, absorvendo os nêutrons e consequentemente fazendo cessar o processo de fissão. Também atua um tipo de sistema ativo de segurança que bombeia a água para dentro do reator, visando o resfriamento de seu núcleo.

A proposta de um novo conceito de reator nuclear

A filosofia da geração da energia nuclear do futuro é totalmente diferente da filosofia de hoje. O surgimento de reatores nucleares inovadores é uma mudança de paradigma. É baseado em uma nova filosofia de segurança. Isso fará com que a ocorrência de acidentes como os de Three Mile Island e de Chernobyl seja impossível. Há um desafio aos cientistas e tecnologistas do mundo para desenvolver um novo conceito de reator nuclear, com segurança inerente e resfriamento passivo, em que se atinja praticamente “segurança total”. Segurança inerente significa que as leis da natureza governam a segurança do reator de modo passivo, e não os sistemas de segurança ativos que podem falhar.

Desta forma, há 25 anos, um novo conceito de reator nuclear foi desenvolvido no Departamento de Engenharia Nuclear da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Este reator, chamado de Reator Nuclear a Leito Fluidizado, em uma forma simplificada, chamado de Reator Nuclear a Leito Fixo, está sendo desenvolvido atualmente sob projeto coordenado pela AIEA.

O reator é modular, ou seja, é composto por módulos, deste modo reatores de qualquer tamanho podem ser construídos a partir do módulo básico. É simples em projeto, permitindo que países em desenvolvimento tenham condições de desenvolver, projetar e finalmente construir este reator. O reator possui as características de segurança inerente e resfriamento passivo. A tecnologia utilizada é a de reatores de água pressurizada (PWR), disponível no país, portanto, não é preciso que se desenvolva uma nova tecnologia para implementação deste projeto.

No FBNR os elementos esféricos de combustível se posicionam numa posição fixa dentro do núcleo do reator, então não há a preocupação com respeito à interação entre os elementos de combustível que poderiam surgir como no caso do conceito do leito fluidizado. No caso do leito fluidizado há necessidade de se estudar mais profundamente os graus de possível erosão a fim de se determinar a espessura do revestimento.

Como o reator FBNR funciona?

Basicamente, o reator FBNR é parecido com o reator PWR convencional (tipo de reatores das usinas de Angra). Os elementos de combustível do PWR são construídos em forma de tubos cilíndricos de cerca de 1 cm de diâmetro e 400 cm de altura, e no FBNR são esferas de cerca de 1,5 cm de diâmetro feitas de partículas compactadas do tipo TRISO.

No PWR, os elementos de combustível são fixados no núcleo do reator. No FBNR, os elementos de combustível entram no núcleo do reator quando ele está em operação e saem do núcleo do reator sob a ação da força da gravidade em caso de desligamento. O fluxo de água transporta as esferas da câmara de combustível para o núcleo do reator formando um núcleo suspenso onde, quando todas as condições de operação são satisfeitas, o processo de fissão nuclear ocorre. Especificamente, o fluxo de água mantém os elementos de combustível esféricos dentro do núcleo numa posição fixa e apropriada para fazer com que o reator se mantenha no estado crítico. O reator funciona e gera energia apenas quando todos os componentes funcionam bem. Caso haja algum mau funcionamento no reator, qualquer sinal de qualquer um dos sensores que farão o monitoramento do reator ajustarão os elementos de controle ou cortarão a energia elétrica da bomba do refrigerante. O corte no fluxo de água refrigerante fará com que os elementos de combustível, sob ação da força da gravidade, saiam do núcleo do reator e caiam na câmara de combustível onde são armazenados em condição subcrítica e são resfriados por convecção natural. Isso praticamente resulta na segurança total do conceito do FBNR.

O reator está projetado, de modo conservador, para produzir inicialmente 30 MWt de calor e 10MWe de eletricidade, e futuramente pode-se até triplicar este valor.

Lixo nuclear

Lixo é algo que não tem utilidade. O combustível usado deste reator está numa forma e num tamanho conveniente para poder ser usado diretamente como fonte de radiação para as aplicações variadas na indústria e agricultura. Portanto, o que normalmente pode ser chamado de lixo nuclear aqui se torna um produto potencialmente útil para aplicações em beneficio da sociedade. A radiação nuclear é mundialmente usada para esterilização, irradiação de sementes, conservação de alimentos e produtos agrícolas e centenas de outras aplicações na indústria e na medicina. Quase metade dos produtos agrícolas apodrece antes de chegar ao mercado, fazendo com que a irradiação de alimentos seja importante para o mundo carente de alimentos. Portanto, o combustível usado deste reator não será lixo, mas sim um produto valioso para comercialização. Então, o eventual lixo gerado pelo FBNR pode ser considerado bastante reduzido, consequentemente causando reduzido impacto ao meio ambiente.

Prédio de Contenção

O reator FBNR, por suas características de segurança inerente e de pequeno porte, dispensa a necessidade de se ter um prédio de contenção. Apesar disso, está projetado um prédio de contenção subterrâneo simplificado para eliminar o impacto visual da usina.

As características do FBNR

O FBNR está baseado na tecnologia do PWR já existente no país.

O FBNR é simples em projeto.

O FBNR é de pequeno porte.

O FBNR é modular. Qualquer tamanho de reator pode ser construído a partir do módulo básico.

O FBNR tem segurança inerente.

O FBNR tem resfriamento passivo.

O circuito primário do FBNR é um sistema integrado.

O núcleo do FBNR é suspenso por um fluxo de água. O corte no fluxo de água faz com que os elementos de combustível saiam do reator por força da gravidade e sejam armazenados na câmara de combustível onde são resfriados por convecção natural.

O FBNR na sua versão avançada pode usar vapor supercritico ou gás Hélio como refrigerante e utilizar tório ou MOX como combustível. Também pode utilizar o conceito do reator nuclear a leito fluidizado.

Avaliação do reator FBNR pela Agência Internacional de Energia Atômica - AIEA

A Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA) está comprometida a promover o desenvolvimento de reatores nucleares inovadores para fornecer energia nuclear para o mundo com risco reduzido para a população e o meio ambiente.

Atualmente começou um projeto CRP (Coordinated Research Project) pela AIEA para desenvolvimento de reatores de pequeno porte que não precisam de reabastecimento no local. O FBNR foi aprovado pela AIEA como um dos candidatos neste projeto. O projeto foi apresentado em junho de 2003, houve uma Reunião de Consultoria da AIEA em março de 2004 e também uma Reunião Técnica em junho de 2004 para escolha de reatores candidatos ao CRP.

Os consultores, em sua reunião em março de 2004, em sua avaliação, registraram a seguinte observação:

“...Em particular, a Consultoria notou que a abordagem inovadora proposta no conceito do Reator Nuclear a Leito Fixo da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil, relacionado a uma coluna de elementos de combustível esféricos sustentada hidraulicamente tem um bom potencial de servir como um método de controle passivo da reatividade do núcleo do reator. Este conceito precisa ser melhor desenvolvido e aprimorado para sua possível implementação em pequenos reatores...”.

Custos e retorno financeiro

O custo de capital deste reator é estimado como sendo inferior a US$ 1.000/KWe de potência instalada. O tempo para pesquisa e desenvolvimento do protótipo será de cerca de cinco anos. O tempo de fabricação e instalação do reator está estimado em dois anos. Custos e prazos ímpares na indústria nuclear.

O custo de geração de eletricidade em US$/MWh é estimado em 23, composto por amortização de capital de 16, combustível de 3, operacional de 2 e assumindo fator de incerteza de 2. Custo este significativamente menor se comparado com os reatores nucleares convencionais, além de ser competitivo se comparado com outras fontes de energia. A rentabilidade estimada, supondo venda da energia por US$ 38 / MWh é de cerca de 65%. Isto demonstra a viabilidade do empreendimento, rentabilidade potencialmente atrativa para o investidor. Além de trazer benefícios intangíveis para a sociedade.

Empresa executora do projeto FBNR

A execução deste projeto pode ser feita através de uma empresa que pode ser chamada WONEC (World Nuclear Energy Company), uma espécie de consórcio, com a participação de empresas, investidores e possíveis instituições de pesquisa. O apoio governamental para pesquisa e desenvolvimento do protótipo se dará através das instituições de pesquisa. Estes recursos, denominados fundo perdido, minimizarão o risco para os investidores e auxiliarão no desenvolvimento de tecnologia de ponta para o país, geração de divisas com a exportação, fixação de mão-de-obra qualificada no país, evitando assim fuga de cérebros - “brain drain” - do país.

A WONEC terá um Conselho de Administração, composto por representantes dos investidores. Este Conselho criará um Grupo Executivo constituído por pessoal técnico, com a função de gerenciar o projeto através da terceirização dos trabalhos. Tendo por finalidade, no primeiro instante, a construção de um protótipo, e, finalmente, a construção e comercialização do referido reator, para a geração de eletricidade, vapor para indústria e dessalinização de água. O sistema administrativo da WONEC garantirá que os interesses dos paises participantes sejam assegurados em benefício de todos.

A WONEC objetiva constituir capital de US$ 10.000.000, para tanto, emitirá ações ou cotas de participação, a serem integralizadas pelos investidores e parceiros. Os fornecedores de equipamentos e / ou prestadores de serviços serão remunerados mediante ações ou cotas de participação. Estudos demonstram que com cerca de US$ um milhão será concluída a pesquisa e comprovada a viabilidade do reator.

Captação dos recursos pela WONEC

Uma estratégia para captação de recursos, baseado em informações preliminares que podem ser exploradas, é a seguinte:

Se pelo menos 3 países europeus participarem no projeto, a Comunidade Européia contribuirá com 50% do custo do projeto. Governos de países como a Itália subsidiam 60% dos custos dos projetos na área de energias consideradas limpas. Alguns governos fornecem financiamento a fundo perdido em tecnologia de ponta para elevar o nível da ciência e tecnologia de seus países. Portanto, considerando as hipóteses acima, a contribuição de $1,00 pelos investidores num consórcio de 20 países, levantará pelo menos $100,00 para o projeto. Desta forma, a participação de apenas $10.000 de cada um traz mais de $1.000.000 para o projeto. O investimento pode ser na forma de serviços, equipamentos ou dinheiro.

Benefícios para o país

Desenvolver tecnologia de ponta.

Gerar emprego de alta capacitação.

Promover a exportação dos reatores de pequeno porte da mesma forma como é feito com aviões pequenos (Embraer).

Tecnologia de ponta que influencia outras indústrias, usando o conceito de qualidade total.

Prestígio cientifico e tecnológico para o país.

Energia limpa e barata é o negócio do futuro, energia sem produção de gases que causam o efeito estufa.

Este projeto é complementar ao programa nuclear Brasileiro

Este projeto de reator de pequeno porte vem ao encontro de um nicho de mercado mundial. Este reator não concorre com os reatores do Programa Nuclear Brasileiro, que envolve a construção de reatores de grande porte. Assim o Brasil poderá vir a ser exportador de reatores de pequeno porte, como é exportador de pequenas aeronaves.

Política de ações

O século XXI está sendo governado por novos paradigmas. A experiência mostrou que os que ocultam seus conhecimentos e tecnologias não prevalecem, apesar de terem tecnologias superiores.

Por exemplo: no campo de vídeo o sistema VHS se popularizou enquanto sistema Beta ocultou sua tecnologia. Na área da informática, a Microsoft popularizou o Windows enquanto a Apple se protegeu. Portanto, compartilhar o conhecimento do reator nuclear FBNR com o mundo será uma boa estratégia, atraindo parceiros econômicos e tecnológicos para o projeto, garantindo assim clientes para o reator, já que os parceiros de hoje são os clientes do futuro.

O convite está aberto a todos os países do mundo que queiram participar, sendo que até o momento muitos países do mundo mostram-se interessados e há perspectivas para ainda mais países participarem. Este projeto de reator está sendo desenvolvido sob coordenação da Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA), cujos países participantes são isentos de suspeita em envolvimento no desenvolvimento de tecnologia nuclear para fins não-pacíficos.

Resumo

Salientamos que este reator tem as características de segurança inerente, pois o projeto concebido de tal forma que as leis da física não deixam o reator entrar em estado de supercriticalidade, ou seja, não pode ocorrer o aumento da produção de energia sem controle. O reator se auto-controla por sua própria natureza.

Também tem a característica de resfriamento passivo, ou seja, ele se resfria sozinho pelo processo de “convecção natural”, uma lei da natureza. Devido a estas características de segurança inerente e resfriamento passivo o reator nunca esquentará demais causando perigo ao público.

O Reator Nuclear a Leito Fixo (FBNR)

O Reator Nuclear a Leito Fixo (FBNR) é simples em projeto e é projetado para ser abastecido na fabrica e ter um longo ciclo de combustível sem a necessidade de reabastecimento no local. O reator é transportado de forma selada para o sitio do reator. O reator faz um uso extensivo da tecnologia do PWR.

É um projeto com o sistema primário integrado. O modulo básico tem na sua parte superior o núcleo do reator e o gerador de vapor, na sua parte inferior está a câmara de combustível. O núcleo consiste em dois tubos concêntricos perfurados de zircaloy de 20 cm e 160 cm de diâmetros respectivamente, entre dos quais, durante o funcionamento do reator, os elementos de combustível esféricos estão sustentados juntos pelo fluxo de agua refrigerante, formando uma configuração de leito fixo, formando o núcleo suspenso. O refrigerante flui verticalmente pra cima para dentro dos tubos perfurados e logo passando horizontalmente pelos elementos de combustível e o outro tubo perfurado, entrando ao duto exterior, onde ele volta a fluir verticalmente pra cima até o gerador de vapor. A câmara de combustível de reserva,é um tubo de 40 cm de diâmetro feito de uma liga de alta absorção de nêutrons, a qual está diretamente conectada à parte inferior do tubo do núcleo. A câmara de combustível consiste em um tubo de 25 cm de diâmetro, o qual tem forma de uma helicóide, e por um lado está unido por flange à câmara de reserva de combustível, a qual estará selada por autoridades internacionais. Uma grade colocada embaixo da câmara de combustível impedirá a saída do combustível esférico de dentro dela.

Um gerador de vapor do tipo “shell-and-tube” está integrado à parte superior do modulo. Uma barra de controle, se desliza para o centro do núcleo do reator para fazer ajustes fino de reatividade. O reator é provido de um sistema pressurizador, para manter o liquido refrigerante a uma pressão constante de 160 bar. A bomba circula a água dentro do reator, passando através da câmara de combustível, o núcleo e o gerador de vapor. Após isso o refrigerante flui de volta para a bomba através de um passagem anular. A certa velocidade da bomba, a água arrasta os elementos de combustível de 15 mm de diâmetro da câmara de combustível até o núcleo do reator. Um núcleo fixo e suspenso é formado no modulo. Em uma situação de desligamento, o núcleo suspenso se quebra e os elementos de combustíveis sai do núcleo do reator pela força de gravidade e retorna para a câmara de combustível. Os elementos de combustível de 15 mm de diâmetro estão feitos de microesferas do tipo TRISO usadas em reatores nucleares de tipo HTGR.

Qualquer sinal de qualquer sensor, a partir de qualquer evento é assumido para desligar a bomba, causando assim a saída dos elementos de combustível do núcleo do reator, e sua entrada na câmara do combustível, onde permanecerão em um estado altamente sub-critico e serão resfriados passivamente. A câmara de combustível é resfriada passivamente por convecção natural, transferindo o calor para a água dentro do tanque que contém a câmara de combustível.

A bomba, na condição operacional, faz circular o refrigerante no circuito com fluxo mássico de 668 kg/s, os elementos de combustível são mantidos juntos pela pressão de 9.5 bar formando um leito fixo e estável. A velocidade mínima necessária para levar os elementos de combustível da câmara de combustível para dentro do núcleo do reator é de 1.64 m/s na câmara de combustível de reserva. Isto corresponde a um fluxo mássico de 141 kg/s, o qual carrega os elementos de combustível para formar o leito fixo. O refrigerante, que subia verticalmente na câmara de combustível de reserva, flui radialmente no núcleo e após absorver calor dos elementos de combustível passa pelo trocador de calor integrado, e novamente circula para a bomba.

A reatividade de longo prazo é suprida por adição de combustível novo. A barra de controle fino que se movimenta no centro do núcleo controla a reatividade de curto prazo. Um limitador do tipo de pistão ajusta a altura do núcleo e controla a quantidade de elementos de combustível que devem entrar no núcleo da câmara de reserva.

A bomba centrifuga é controlada por um sistema controlador de frequência, assim o fluxo pode ser ajustado com muita precisão. O sistema de controle é concebido para ter a bomba na condição de “não operando” e somente operara quando os sensores detectem simultaneamente uma condição segura de operação. Qualquer sinal de mal-funcionamento do reator fará que a corrente não chegue à bomba, e o fluxo de refrigerante se interromperá, causando a queda dos elementos de combustível para a câmara de combustível, por ação da força de gravidade, onde serão armazenados nos estados, subcrítico e de resfriamento passivo.

A câmara de combustível é resfriada pela água que vêm de um acumulador, que é controlado por um sistema de válvulas multi-redundantes. Os outros componentes do reator são basicamente os mesmos dos de um reator de água pressurizada convencional.

A vida do núcleo é flexível e pode ser projetada de acordo com as necessidades do cliente. As variáveis determinantes da vida do nucleor são o enriquecimento do combustível e a quantidade de combustível na câmara de combustível de reserva. O núcleo do reator tem uma vida de pelo menos 10 anos e o reabastecimento da câmara de combustível é feito na fabrica.

O conceito deste reator tem flexibilidade para ser um reator multi-propósito. Ele pode só gerar eletricidade, ou ser geradora de eletricidade e água desalinada.

Reatores Nucleares

Farhang Sefidvash

Fontewww.rcgg.ufrgs.br

Reatores Nucleares

O QUE É PLUTÔNIO?

O plutônio é um elemento químico pesado, não encontrável na natureza e subproduto do uso do urânio pelas usinas nucleares.

Os principais isótopos do plutônio são: Pu- 238 (meia-vida de 88 anos), Pu-239 físsil (meia-vida de 24 mil anos) Pu-240 fértil (meia-vida de 6.500 anos), Pu-241fissil (meia-vida de 14 anos) e o Pu-242 (meia-vida de 37.600 anos). Meia-vida é o tempo que o elemento químico radioativo leva para ter sua atividade reduzida pela metade.

Trata-se de uma das substâncias mais radiotóxicas e perigosas de que se tem notícia: a inalação ou ingestão de um milésimo (0,0001) de plutônio é fatal. E uma esfera menor do que uma bola de tênis poderia ser usada como combustível de uma bomba nuclear capaz de matar milhões de pessoas.

REPROCESSAMENTO DE PLUTÔNIO: UM BECO SEM SAÍDA

Quando produzem eletricidade, as usinas nucleares geram plutônio. O plutônio fica contido no combustível nuclear irradiado (INF, de irradiated nuclear fuel) que resulta da operação de um reator nuclear.

Em alguns países, o INF é quimicamente dissolvido em “usinas de reprocessamento”, nas quais plutônio e urânio são separados de outro lixo atômico contido no combustível. Ainda que o plutônio seja usado basicamente na construção de armas, houve várias tentativas de empregá-lo como combustível em reatores nucleares.

Além do plutônio e urânio, o reprocessamento gera um imenso volume de lixo atômico. Parte deste lixo é descarregado diretamente no ar, no solo e no mar, com riscos diretos de curtos e longos prazos para o ambiente e a saúde pública. Ao mesmo tempo, substâncias químicas, equipamentos e outros materiais envolvidos no reprocessamento ficam contaminados pela radioatividade liberada pelo combustível reprocessado. No final de todo este processo, o reprocessamento gera um volume de lixo atômico até 189 vezes maior do que o contido no combustível original.

Os despejos radiativos da usina de reprocessamento de Sellafield, na Inglaterra, transformaram o Mar da Irlanda na área mais contaminada por radiação em todo o mundo.

O FRACASSO DO PLUTÔNIO COMO FONTE DE ENERGIA

Durante as décadas de 60 e 70, uma das grandes preocupações das indústrias nucleares de diversos países era o preço e a quantidade de urânio disponível para ser usado como combustível nuclear. Dessa preocupação nasceu o projeto de reprocessar o plutônio - produzido pelos reatores nucleares - para empregá-lo como combustível de uma nova geração de reatores, chamados “de geração rápida” (FBR, de fast breed reactors). Acreditava-se que esses reatores, além de produzir energia, também gerariam mais plutônio do que o usado originalmente como combustível.

Essa nova tecnologia foi um fracasso. Apesar dos grandiosos planos dos primeiros de FBR (a França previa ter seis reatores fast-breeders operando em 1985 e a antiga União Soviética anunciava 12), nenhum FBR funcionou bem no Ocidente. Apenas a Rússia e o Japão prosseguiram com programas de desenvolvimento desse tipo de reatores.

Em 8 de dezembro de 1995, o reator fast-breeder Monju, localizado na costa oeste do Japão, sofreu um dos acidentes mais sérios da indústria do desenvolvimento dos FBRs.Vazaram do circuito secundário entre uma e três toneladas de sódio líquido, material altamente corrosivo usado para resfriar o reator.

Embora não tenha ocorrido liberação de radiatividade para o meio ambiente, funcionários do governo japonês admitem ter havido risco de explosão.

O choque provocado pelo acidente na população, na indústria nuclear e no governo no Japão foi profundo. Hoje, como nunca, o programa japonês de reatores a plutônio está sob questionamento popular. No entanto, nos últimos 40 anos, o grande envolvimento político e financeiro japonês com a tecnologia do plutônio deixa sérias duvidas quanto a uma reversão dessa política em decorrência do acidente de Moju.

Na Alemanha, a única coisa que o FBR Kalkar gerou foi controvérsia. Depois de 16 anos de construção e 7 bilhões de marcos investimento, o reator foi fechado definitivamente em 1991, sem nunca ter funcionado.

O DESESPERO DE UMA INDÚSTRIA EM DECLÍNIO

O caro fracasso do programa do FBR obliterou qualquer justificativa para o custo exorbitante e para a poluição produzida pelo reprocessamento do combustível nuclear irradiado.

A indústria nuclear precisou, então, encontrar outra justificativa para o gasto de centenas de milhões de dólares, libras, marcos alemães, francos e ienes na recuperação do plutônio. Precisou encontrar também outra utilidade para o plutônio.

Solução proposta pelas indústrias nucleares da Europa e do Japão: que o plutônio fosse usado nos reatores nucleares convencionais - reatores que não foram projetados para isso.

O combustível para reator nuclear contendo urânio e plutônio é conhecido como “combustível óxido misto” ( MOX, de mixed oxide), ou “combustível de plutônio”.

O uso de combustível à base de plutônio em um reator convencional requer novas soluções de engenharia, que afetam tudo - desde as operações padrão de funcionamento até os procedimentos necessários para o desligamento em situações de emergência.

De acordo com representantes da indústria, o núcleo de plutônio - criado pelo uso do “combustível de plutônio” - caracteriza-se “por uma resposta potencialmente mais adversa a eventos acidentais”. Isso significa que os acidentes podem se agravar rapidamente e chegar a níveis críticos - como o melt-down (fusão do núcleo) - ou até mesmo a explosões.

Os programas dos FBRs e de “combustível de plutônio” nasceram da preocupação com a possibilidade das reservas de urânio minguarem e provocarem uma disparada de preços.

O que ocorre hoje é o contrário: o mercado de urânio se caracteriza pelos preços baixos, enquanto os programas de reprocessamento e “combustível de plutônio” atingem custos extraordinariamente altos.

Fontewww.midiaindependente.org

Reatores Nucleares

Armas nucleares e reatores nucleares

Sabemos que quando um núcleo sofre fissão, ele se divide em dois fragmentos e vários nêutrons.

Se cada um desses nêutrons for capturado por um outro núcleo físsil, o processo continua e o resultado é uma reação em cadeia de reações, na qual a fissão súbita de muitos núcleos e a liberação resultante de muitos núcleos e a liberação resultante de enorme quantidade de energia produzem uma explosão nuclear. Na bomba atômica (nome não muito descritivo)

uma certa quantidade de massa crítica, de nuclídeos físseis é repentinamente acionada pelo mecanismo da bomba e resulta na explosão nuclear. Se a massa for menor que a massa crítica, muitos nêutrons se perderão e a reação em cadeia não se sustentará.

Uma maneira de disparar a bomba consiste em usar uma explosão química para ativar duas massas subcríticas separadas, contendo material físsil em ambas, e assim a massa crítica poderá ser atingida. Urânio 235 e plutônio 239 foram ambos usados em armas nucleares.

O plutônio 239 é produzido pelo bombardeio de urânio 238, o isótopo mais comum do urânio, com nêutrons. O urânio 239 se desintegra em neptúnio 239 que se desintegra em plutônio 239.

Em um reator nuclear, somente um dos nêutrons emitidos quando o núcleo sofre fissão é capturado por outro núcleo físsil. Dessa maneira a reação é mantida sob controle. A fissão continua, mas a uma velocidade mais baixa do que a de uma bomba.

O reator é mantido sob controle ajustando a posição de absorção de nêutrons nas barras de controle que são inseridas entre os elementos combustíveis nucleares do reator. Essas barras são geralmente feitas de cádmio ou boro, dois elementos altamente eficientes na absorção de nêutrons. A figura mostra um esquema de um reator nuclear.

O reator serve apenas como fonte de calor para ferver a água. Então, numa máquina de energia convencional, o vapor aciona uma turbina geradora que produz eletricidade.

A Bomba Atômica

A bomba atômica é uma aplicação bélica da fissão nuclear que utiliza a imensa quantidade de energia e radiação liberadas numa reação de fissão em cadeia para causar destruição.

Podemos descrever esta ação por etapas:

1-) O início da explosão de uma bomba atômica corresponde ao início da reação em cadeia que ocorre em pleno ar. Ao ser detonada atinge temperaturas da ordem de milhões de graus Celsius.

2-) Após 10/4 segundos, a massa gasosa em que se transformou a bomba emite elevadas quantidades de raio X e raios ultravioletas, podendo destruir a retina e cegar pessoas que olharem diretamente.

3-) Entre 10/4 e 6 segundos, a radiação já foi totalmente absorvida pelo ar ao redor, que se transforma numa enorme bola de fogo cuja expansão provoca a destruição de todos os materiais inflamáveis num raio médio de 1 km, assim como queimaduras de primeiro, segundo e terceiro graus.

4-) Após 6 segundos, a esfera de fogo atinge o solo iniciando uma onda de choques e devastação que se propaga através de um deslocamento de ar comparável a um furacão com ventos de 200 a 400 km/h.

5-) Após 2 minutos a esfera de fogo já se transformou completamente num cogumelo que atinge a estratosfera. As partículas radioativas se espalham pela atmosfera levadas pelos ventos fortes e acabam se precipitando em diversos pontos da Terra durante muitos anos.

Fissão nuclear

A palavra fissão significa partição, quebra, divisão. Fissão nuclear é a quebra de um núcleo atômico pesado e instável através de bombardeamento desse núcleo com nêutrons moderados, originando dois núcleos atômicos médios, mais 2 ou 3 nêutrons e uma quantidade de energia enorme.

Enrico Fermi, em 1934, bombardeando núcleos com nêutrons de velocidade moderada, observou que os núcleos bombardeados capturavam os nêutrons. Pouco tempo depois, após o bombardeamento de urânio com nêutrons moderados, a equipe do cientista alemão Otto Hahn constatou a presença de átomos de bário, vindo a concluir que, após o bombardeio, núcleos instáveis de urânio, partiam-se praticamente ao meio.

Como os nêutrons não possuem carga elétrica, não sofrem desvio de sua trajetória, devido ao campo elétromagnético do átomo. Estando muito acelerado, atravessariam completamente o átomo; estando a uma velocidade muito lenta, seriam rebatidos; mas com velocidade moderada, ficam retidos, e o novo núcleo formado, instável, sofre desintegração posterior com emissão de partículas beta. Somente alguns átomos são capazes de sofrer fissão, entre eles o urânio-235 e o plutônio.

A enorme quantidade de energia produzida numa fissão nuclear provém da transformação da matéria em energia. Na fissão nuclear há uma significativa perda de massa, isto é, a massa dos produtos é menor que a massa dos reagentes.

Tal possibilidade está expressa na famosa equação de Einstein: E=mc2, onde E é energia, m massa e c a velocidade da luz no vácuo. No processo de fissão, cerca de 87,5% da energia liberada aparece na forma de energia cinética dos produtos da fissão e cerca de 12,5% como energia elétromagnética.

Reação em Cadeia e Massa Crítica Esse bombardeamento do núcleo de um átomo com um nêutron causa a fissão do núcleo desse átomo e a liberação de 2 ou 3 novos nêutrons. Esse nêutrons podem provocar a fissão de 2 ou 3 átomos que irão liberar outros nêutrons.

A reação em cadeia só ocorre acima de determinada massa de urânio. A mesma ocorre com velocidade máxima quando a amostra do material físsil é grande suficiente para a maioria dos nêutrons emitidos ser capturada por outros núcleos. Portanto, a reação em cadeia se mantém, se a massa do material é superior a um certo valor característico chamado massa crítica. Para o urânio-235 a massa crítica é de aproximadamente 3,25 kg.

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.

A bomba de hidrogênio é uma aplicação bélica da fusào nuclear que visa causar destruição com base na colossal energia e no grande fluxo de nêutrons liberados nas reação de fusão.

Para que ocorra a fusão nuclear é usada, antes, uma bomba de fissão, para que a energia necessária seja atingida. Nunca uma bomba H foi usada numa guerra, mas em testes nucleares a maior bomba de todos os tempos foi a MONSTER BOMB, detonada pela Rússia, lançada de avião, que alcançou 57 MEGATONS. 

A palavra fusão significa junção, união, incorporação. Fusão nuclear é a junção de dois ou mais núcleos atômicos leves originando um único núcleo atômico e a liberação de uma quantidade colossal de energia. Quanto maior a energia de ligação dos núcleos de um átomo, mais estável será o seu núcleo. A fusão de núcleos leves como o hidrogênio, o deutério ou o trítio, produzindo um núcleo de hélio, equivale a um aumento na energia de ligação (empacotamento) dos núcleos e, portanto, a uma maior estabilidade.

Essa maior estabilidade é conseguida à custa de uma perda de massa que é liberada do núcleo na forma de energia:

E=mc2

As reações de fusão constituem a fonte de energia das maiores usinas do universo: as estrelas.

Embora uma estrela seja inicialmente apenas uma nuvem de hidrogênio, a contração, causada pela sua própria atração gravitacional, aumenta sua pressão, densidade e temperatura. Os choques entre átomos aumentam em número e violência, até que eles passem a liberar seus elétrons. A massa de núcleos e elétrons assim produzida é conhecida como plasma. Este é o quarto estado da matéria, sendo os outros três o sólido, o líquido e o gasoso. É no plasma que se realizam as reações de fusão.

Radiação

O esquecimento de uma rocha de urânio sobre um filme fotográfico virgem levou à descoberta de um fenômeno interessante: o filme foi velado (marcado) por alguma coisa que saía da rocha, na época denominada raios ou radiações.

Outros elementos pesados, com massas próximas à do urânio, como o rádio e o polônio, também tinham a mesma propriedade.

O fenômeno foi denominado radioatividade e os elementos que apresentavam essa propriedade foram chamados de elementos radioativos.

Comprovou-se que um núcleo muito energético, por ter excesso de partículas ou de carga, tende a estabilizar-se, emitindo algumas partículas.

Radiação alfa ou raio alfa

Um dos processos de estabilização de um núcleo com excesso de energia é o da emissão de um grupo de partículas positivas, constituídas por dois prótons e dois nêutrons, e da energia a elas associada. São as radiações alfa ou partículas alfa, núcleos de hélio (He), um gás chamado nobre por não reagir quimicamente com os de mais elementos.

Radiação beta ou raio beta

Outra forma de estabilização, quando existe no núcleo um excesso de nêutrons em relação a prótons, é através da emissão de uma partícula negativa, um elétron, resultante da conversão de um nêutron em um próton. É a partícula beta negativa ou, simplesmente, partícula beta.

No caso de existir excesso de cargas positivas (prótons), é emitida uma partícula beta positiva, chamada pósitron, resultante da conversão de um próton em um nêutron.

Portanto, a radiação beta é constituída de partículas emitidas por um núcleo, quando da transformação de nêutrons em prótons (partículas beta) ou de prótons em nêutrons (pósitrons).

Radiação gama

geralmente, após a emissão de uma partícula alfa (a) ou beta (ß), o núcleo resultante desse processo, ainda com excesso de energia ,procura estabilizar-se, emitindo esse excesso em forma de onda eletromagnética, da mesma natureza da luz, denominada radiação gama.

Reações nucleares

A emissão natural de uma partícula alfa ou beta transforma um determinado núcleo em novo núcleo com número diferente de prótons. Assim , cada uma dessas desintegrações radioativas representa a transmutação de um elemento em outro. Transmutação também pode ser efetuada artificialmente. (O sonho dos antigos alquimistas foi realizado.)

Transmutação

Em 1919, Rutherford bombardeou nitrogênio 14 com partículas alfa obtidas da desintegração radioativa do rádio.

Os nuclídeos produzidos eram de oxigênio 17, segundo a equação abaixo, que foi a primeira transmutação artificial com sucesso:

14N + 4He Ô [ 18 F] Ô 17O + 1 H

O intermediário altamente instável, um estado excitado do flúor 18, é algumas vezes chamado de núcleo composto. Sua meia-vida é menos 10-12 s e sua desintegração por emissão de um próton da origem ao oxigênio 17 estável.

Em muitos casos, o produto de uma reação de bombardeio nuclear é instável e produz subsequente desintegração radioativa. Por exemplo, quando o núcleo de cobalto 59 é bombardeado com um nêutron de alta energia, é formado cobalto 60 que é pouco estável, sendo esse transformado em manganês 56 mais He.

Porém, o manganês 56 produzido não é estável, desintegrando-se com uma meia-vida de 2,6 h e formando-se o ferro 56, que é estável.

Esse é um exemplo de radioatividade induzida ou artificial.

A radioatividade induzida ilustra várias maneiras de desintegração que não são encontradas na radioatividade natural. Uma dessas é emissão de nêutrons, como pode ser ilustrada em um dos modos de desintegração do bromo 87 passando a bromo 86.

Outra forma de desintegração muito comum é a beta-positiva(ß), também conhecida como emissão de pósitrons. Partículas beta são mais propriamente chamadas beta negativas (ß) para distingui-las das partículas ß, que são pósitrons. Um pósitron é uma partícula que tem a massa de um elétron, mas com uma carga positiva.

A radioatividade induzida e a transmutação artificial são possíveis por causa do desenvolvimento de aceleradores de partículas de alta energia como o cíclotron, o síncrotron e o acelerador linear.

Os elementos transurânicos, aqueles que seguem o urânio na tabela periódica, foram preparados por técnicas de bombardeio. Por exemplo, o neptúnio (Z=93) foi sintetizado pelo bombardeio de núcleos de urânio 238 com dêuterons, núcleos de hidrogênio 2.

Os átomos de números atômicos mais altos foram preparados por bombardeio, usando partículas relativamente massiva como as de B, C e N. o unnilpentium (Unp, Z= 105), por exemplo, foi sintetizado pelo bombardeio do califórnio 249 com núcleos de nitrogênio 15.

Estabilidade nuclear

Com exceção do hidrogênio, todos os núcleos estáveis contêm pelo menos um nêutron. Segundo, à medida que o número de prótons do núcleo aumenta, o número de nêutrons por próton aumenta nos núcleos estáveis. Aparentemente, os nêutrons são necessários para impedir uma autodestruição do núcleo como resultado da repulsão próton-próton, e quanto maior o número de prótons que está presente no núcleo, tanto maior deverá ser a relação nêutron/próton para que o núcleo seja estável. Terceiro, quando há mais de 83 prótons num núcleo, nenhum número de nêutrons o estabilizará. Na tabela periódica, o bismuto (Z=83) é o último elemento que tem isótopo estável.

Armas nucleares

1.INTRODUÇÃO

Armas nucleares, dispositivos explosivos, utilizados principalmente por militares, que liberam energia nuclear em grande escala. A primeira bomba atômica (ou bomba A) foi testada em 16 de julho de 1945 perto de Alamogordo, Novo México. Tratava-se de um tipo inteiramente novo de explosivo que obtinha sua potência da ruptura ou fissão dos núcleos atômicos de vários quilos de plutônio. Uma esfera do tamanho de uma bola de beisebol produziu uma explosão equivalente a 20 mil toneladas de trinitrotolueno (TNT), aproximadamente a mesma energia liberada pela bomba lançada pelos Estados Unidos sobre Hiroshima, em 1945.

Em 1905, Albert Einstein publicou a teoria da relatividade.

De acordo com ela, a relação entre massa e energia é dada pela equação E = mc2: uma pequena quantidade de matéria equivale a uma grande quantidade de energia. Mais tarde, em 1939, a física austríaca Lise Meitner e seu sobrinho, o físico britânico Otto Frisch, explicaram a reação da fissão nuclear, descoberta pelo físico alemão Otto Hahn com a ajuda de Meitner. A fissão possibilita a liberação da energia nuclear.

A quantidade mínima de material físsil, com uma forma dada, necessária para manter a reação em cadeia, é chamada de massa crítica. Para se ter a bomba atômica, é preciso unir, e colocar em contato, uma massa de material físsil maior que a massa crítica, durante um milionésimo de segundo antes da explosão. As armas nucleares também podem utilizar a energia liberada na fusão dos elementos mais leves, como o hidrogênio. Por essa razão, a bomba de fusão nuclear é chamada também de bomba de hidrogênio, ou bomba H. A energia que libera 0,5 kg de um isótopo de hidrogênio é equivalente a 29 quilotons de TNT, ou seja, três vezes mais que a mesma quantidade de urânio. A fusão só se produz em temperaturas de vários milhões de graus e a velocidade do processo de fusão aumenta conforme a temperatura. Essas reações são chamadas, por isso, reações termonucleares (induzidas pelo calor).

No dia primeiro de março de 1954, os Estados Unidos fizeram explodir uma bomba de fusão com uma potência de 15 megatons. Isso provocou uma bola de fogo de mais de 4,8 km de diâmetro e uma enorme nuvem em forma de cogumelo, que se elevou com muita rapidez até a estratosfera. Essa bomba era uma arma de três fases. A primeira era uma bomba A, que atuava como detonador. A segunda era uma bomba H, resultante da fusão de deutério e trítio em seu interior.

Ao detonar, formavam-se átomos de hélio e nêutrons de alta energia. A terceira fase se iniciava com o impacto desses nêutrons com a superfície externa da bomba, feita de urânio natural (também chamado de urânio 238).

Assim como acontece com as explosões de armas convencionais, a maior parte dos danos causados por uma explosão nuclear vem dos efeitos da onda de expansão. Os danos são produzidos tanto pelo grande volume (ou sobrepressão) de ar que antecede a onda, como pelos ventos, tão fortes que continuam depois de sua passagem. O raio de devastação aumenta conforme a potência da bomba e proporcionalmente a sua raiz cúbica.

2.EFEITOS TÉRMICOS

As temperaturas altíssimas alcançadas por uma explosão nuclear se devem à formação de uma massa de gás incandescente muito quente, chamada bola de fogo.

Numa bomba de 10 quilotons detonada no ar, forma-se uma bola de fogo com 300 m de diâmetro. A bola de fogo de uma bomba de 10 megatons ocupa 4,8 quilômetros. A radiação térmica provoca queimaduras na pele e incêndios em materiais inflamáveis secos, como papel e alguns tecidos.

3.RADIOATIVIDADE

Existem dois tipos de radiação nuclear provocadas por uma explosão: a radiação instantânea e a radiação residual. A radiação instantânea consiste na propagação de nêutrons e raios gama numa zona de vários quilômetros quadrados. Os efeitos dos raios gama são idênticos aos dos raios X. A radiação residual pode ser um perigo em zonas afastadas, que nem tenham sofrido qualquer dos outros efeitos da explosão. Os produtos da fissão geram nos restos da bomba uma radioatividade permanente, que pode ser medida por dias, meses ou anos.

4.EFEITOS CLIMÁTICOS

Além dos danos causados pela onda de expansão e pela radiação, uma guerra nuclear em grande escala teria, quase com certeza, um efeito catastrófico sobre o clima mundial, o que poderia significar o fim da civilização humana.

Energia Nuclear

O que é?

A energia nuclear provém da fissão nuclear do urânio, do plutônio ou do tório ou da fusão nuclear do hidrogênio. Atualmente utiliza-se quase somente o urânio. O fator básico é que da fissão de um átomo de urânio são produzidos 10 milhões de vezes a energia produzida pela combustão de um átomo de carbono do carvão ou do petróleo.

História

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 na participação do balanço elétrico mundial com cerca de 18%, e as perspectivas de um aumento deste valor são limitadas a nível mundial.

A Energia Nuclear no Brasil

A energia nuclear é uma das formas de se obter energia elétrica em larga escala. Com o esgotamento dos recursos hídricos próximos aos principais centros consumidores, com as dificuldades para o licenciamento ambiental dos aproveitamentos hídricos remanescentes, e o constante crescimento da demanda de energia, a participação da energia nuclear na produção de energia elétrica é fundamental na medida em que contribui para a melhoria na qualidade de vida da população e para o desenvolvimento econômico do país. O Brasil possui a 6ª maior reserva mundial de urânio, assegurando uma excelente reserva e a garantia do suprimento de combustível.

Radioatividade

Radioatividade é a desintegração espontânea de núcleos atômicos mediante a emissão de partículas subatômicas chamadas partículas alfa e partículas beta e de radiações eletromagnéticas denominadas raios X e raios gama. O fenômeno foi descoberto em 1896 por Antoine Henri Becquerel. Logo reconheceu-se que a radioatividade era uma fonte de energia mais potente que nenhuma outra até então usada. Os Curie mediram o calor associado à desintegração do rádio e estabeleceram que 1 grama de rádio desprende aproximadamente 420 joules (100 calorias) a cada hora.

Ernest Rutherford descobriu que as emissões radioativas contêm ao menos dois componentes: partículas alfa, que só penetram alguns milésimos de centímetro no alumínio, e partículas beta, que são quase 100 vezes mais penetrantes. Mais tarde, concluiu-se que existia mais um componente, os raios gama, muito mais penetrantes que as partículas beta.

As partículas alfa são íons de hélio com carga dobrada. As beta são elétrons, enquanto que os raios gama são radiações eletromagnéticas da mesma natureza que os raios X, mas com uma energia consideravelmente maior. As partículas alfa e beta são unidades discretas de matéria, razão pela qual, na radioatividade, os átomos se transformam (mediante a emissão de uma dessas partículas) em novos elementos, com propriedades químicas novas. Quando um núcleo perde uma partícula alfa, forma-se um novo núcleo, mais leve que o original em quatro unidades de massa. A emissão beta se produz por meio da transformação de um nêutron em um próton, o que acarreta um aumento da carga nuclear (ou número atômico) em uma unidade. Os raios gama costumam estar associados às emissões alfa e beta. Não têm carga, nem massa; portanto, a emissão de raios gama por parte de um núcleo não causa mudanças na estrutura do núcleo, mas simplesmente uma perda de determinada quantidade de energia radiante.

Chama-se período de meia-vida o tempo que demora um elemento radioativo para reduzir-se à metade. É uma característica de cada elemento. Uma aplicação interessante do conhecimento desses períodos é a determinação da idade da Terra.

O estudo das reações nucleares e a busca de novos isótopos radiativos artificiais levou ao descobrimento da fissão nuclear e ao posterior desenvolvimento da bomba atômica. Entre os isótopos radioativos produzidos artificialmente, tem grande importância o carbono 14, com uma meia-vida de 5.730 ± 40 anos. As medidas do conteúdo de carbono 14 permitem calcular a idade de objetos de interesse histórico ou arqueológico, como ossos ou múmias. Outras aplicações dos isótopos radioativos estão na terapia médica , na radiografia industrial e em certos dispositivos específicos, como fontes de luz fosforescente, eliminadores de eletricidade estática, calibragens de espessura e pilhas nucleares.

Armas nucleares

Armas cujo efeito destruidor é baseado na radioatividade, propriedade de certos elementos químicos de emitir partículas ou radiação eletromagnética como resultado da instabilidade de seus núcleos. O que torna essas armas especiais é a enorme concentração de energia em pequenos volumes, que pode ser liberada com efeitos devastadores. Para medir a capacidade de uma arma nuclear são usados os termos "quiloton" e "megaton". Um quiloton equivale à explosão de 1.000 t de TNT (nitroglicerina); 1 megaton equivale a 1.000.000 t.

As armas nucleares são de dois tipos básicos: a bomba atômica ou a bomba de hidrogênio (bomba H). A bomba atômica baseia-se na fissão de núcleos atômicos, processo que consiste em "quebrar" núcleos de átomos pesados e instáveis, como o urânio-235, lançando contra eles partículas atômicas chamadas de nêutrons. Já a bomba H se fundamenta na fusão de núcleos de átomos leves, como o hidrogênio. Para obter a fusão, ou seja, a união dos núcleos dos átomos, é necessária uma quantidade muito grande de energia, que é obtida pela explosão de uma bomba atômica. O resultado é uma bomba mais poderosa.

Variação da bomba de hidrogênio, a bomba de nêutrons, também baseada na fusão de átomos, privilegia a emissão de radiação por meio de nêutrons rápidos e letais.

As bombas nucleares ou ogivas nucleares

São arremessadas do ar por aviões tripulados, na forma de bombas de queda livre, mísseis de curto alcance ou mísseis de cruzeiro. Em caso de lançamentos a partir da terra usam-se mísseis balísticos ICBM, IRBM e MRBM e a partir de submarinos, mísseis balísticos SLBM.

Projeto Manhattan

A primeira bomba atômica é testada em 16 de julho de 1945 com uma explosão no deserto de Sonora, no estado do Novo México, EUA. Para construir a nova arma antes dos alemães, durante a II Guerra Mundial, o governo norte-americano monta um programa altamente secreto, o Projeto Manhattan. Muitos dos principais físicos dos países aliados envolvidos no projeto passaram a morar e a trabalhar, isolados do resto do mundo, em Los Alamos, Novo México, chefiados pelo físico norte-americano Julius Robert Oppenheimer (1904-1967).

Hiroshima e Nagasaki

As duas únicas armas nucleares usadas em guerra até hoje foram lançadas contra o Japão pela Força Aérea Norte-Americana.

Em 6 de agosto de 1945, durante a II Guerra Mundial, uma bomba explodiu em Hiroshima: numa área de 12 km² houve 150 mil vítimas, entre as quais 80 mil mortos. Em 9 de agosto, em Nagasaki, explodiu a segunda bomba. Elas fizeram dezenas de milhares de mortos imediatamente e ao longo dos anos seguintes. Em poucos segundos, 36.000 quilotons destruíram duas cidades japonesas.

Arsenais atuais

Até o início de 1998, existem no mundo cinco potências nucleares declaradas - EUA, Federação Russa, Reino Unido, França e China. Os maiores arsenais - tanto de ogivas, como de mísseis e de submarinos nucleares armados com mísseis balísticos - pertencem aos EUA e à Federação Russa, uma herança do longo período de Guerra Fria. Esses países também lideram em número de testes nucleares já realizados.

Desarmamento

O Tratado de Não-Proliferação de Armas Nucleares (NPT) é criado em 1968, com o objetivo de deter a propagação de armas nucleares pelo mundo. Em vigor desde 1970, o NPT proíbe as cinco potências declaradas de transferir armas nucleares a países não detentores desses artefatos. Essas nações, por sua vez, se comprometem a não adquirir armas nucleares nem fabricá-las. Atualmente o tratado conta com a adesão de mais de 180 países, incluindo o Brasil, que ratifica o tratado em julho de 1998.

Alguns países-membros do NPT são suspeitos de prosseguir desenvolvendo armas nucleares: Irã, Iraque, Líbia e Coréia do Norte.

Entre os países que não aderiram ao NPT se destacam Israel e os rivais Índia e Paquistão. O governo indiano justifica sua posição afirmando que o NPT é "discriminatório", uma vez que legitima os arsenais nucleares já existentes – sem exigir seu desarmamento – ao mesmo tempo que nega aos demais países o direito de possuir armas nucleares. Índia e Paquistão realizam uma série de testes nucleares subterrâneos em maio de 1998, reprovados com veemência pela comunidade internacional. Com as explosões – cinco da Índia e seis do Paquistão –, as duas nações passam a integrar o grupo das potências nucleares declaradas do mundo.

A corrida armamentista entre as duas superpotências de Guerra Fria termina de fato com a assinatura dos Tratados de Redução de Armas Estratégicas (Start), na década de 90. Eles prevêem a extinção gradual dos arsenais dos EUA e de países integrantes da ex-URSS que detinham essas armas em seu território (Federação Russa, Ucrânia, Belarus e Cazaquistão). Outro tratado relacionado às armas nucleares, o Tratado para a Proibição Completa dos Testes Nucleares (CTBT), é criado em 1996. Para entrar em vigor, precisa da ratificação de todos os 44 países com capacidade conhecida de produzir armas nucleares. Até o final de 1997, os únicos entre esses países que não haviam assinado o CTBT eram Índia, Paquistão e Coréia do Norte.

Reinventando a Guerra

Durante mais de 40 anos, os governos do Reino Unido e dos Estados Unidos testaram armas biológicas em cidadãos desavisados.

As armas químicas e biológicas são os mais terríveis instrumentos de destruição em massa. Com baixo custo e de fácil produção, são capazes de dizimar o inimigo, envenenar colheitas, e deixar gerações doentes e deformadas entre os que conseguem sobreviver. Tudo isto, a um custo infinitamente menor que o armamento nuclear e sem a necessidade de grandes desdobramentos de tropas.

No final de 1947, os serviços de inteligência dos EUA estavam prestes a conseguir estas armas apocalípticas. Através de acordos secretos com Shirô Ishii, chefe da Unidade 731 - a equipe responsável pela guerra biológica japonesa -, tomaram conhecimento em primeira mão dos efeitos que numerosos agentes causaram nos seres humanos.

As horríveis histórias que os sobreviventes contaram foram encobertas para evitar "incômodos" a Ishii e seus colaboradores, e os governos ocidentais concederam imunidade a todos os membros da Unidade 731 para poderem ter acesso às suas descobertas.

Como expõe friamente um relatório do Pentágono de dezembro de 1947: "Tais informações não poderiam ser obtidas em nossos laboratórios em razão dos problemas morais inerentes às experiências com humanos. Estes dados foram obtidos com um investimento de 250.000 dólares, muito barato...".

As árvores devastadas são tudo que resta em uma área do Vietnã atingida pelo Agente Laranja, um desfolhante. As técnicas de guerra biológica usadas na Guerra do Vietnã eram o resultado de 20 anos de testes realizados sobre cidadãos dos EUA. Os militares desenvolveram as armas biológicas mas secretamente que os primeiros testes de armas nucleares.

CULPA SECRETA

Por este pequeno preço os governos britânicos e norte-americano, obtiveram exaustivos detalhes dos efeitos da guerra biológica nos seres humanos. Receberam também, relatórios de autópsia ao vivo, dissecações em fetos e bebês, além de um meticuloso estudo sobre sintomas da peste, do tifo, doenças veneras, varíola, gangrena, salmonelíase, escarlatina, tétano, coqueluche e inúmeras doenças atrozes. O fato do Ocidente ter permitido que Ishii ficasse impune, constitui um dos segredos mais obscuros da segunda guerra mundial, e permaneceu arquivado como informação secreta durante mais de 30 anos.

Sabendo que as doenças podiam ser os agentes biológicos ideais, os governos ocidentais começaram um programa nas bases de ataques "suave" em algumas de suas cidades mais importantes, para determinar os métodos mais eficazes de comunicação em massa.

Quando a guerra fria se iniciou, o pentágono começou a temer que um submarino soviético pudesse entrar em suas águas, liberando uma nuvem de bactérias e desaparecendo antes que a população percebesse que tinha sido contaminada. Dessa forma, em setembro de 1950, dois patrulheiros da marinha, na baía de San Francisco, lançaram uma nuvem de Serratia marcescens, uma bactéria relativamente benigna desenvolvido nos laboratórios de Port Down no Reino Unido.

COBAIAS HUMANAS

Depois de seis destes ataques "suaves" percebeu-se que 300 km² de área de São Francisco tinham sido infectadas e quase toda a população havia inspirado a bactéria. Essa experiência provava que uma importante cidade era totalmente incapaz de defender-se de uma contaminação em massa, provocada por uma bactéria difundida através do ar.

No final dos anos 50, o exército dos EUA tinha realizado experiências em Savannah (Georgia) a Avon Park (Florida). Grandes quantidades de mosquitos foram lançadas por aviões em zonas residenciais, uma técnica da Unidade 731. Muitos residentes ficaram doentes, outros morreram. Em seguida, militares, disfarçados de funcionários da saúde publica, realizaram testes médicos nos infectados. Ainda que os detalhes dessa experiência continuem sendo secretos, acredita-se que os mosquitos eram portadores da febre amarela, um vírus que provocava febres altas e vômitos e causa a morte de um em cada três infectados.

Outros testes realizados para comprovar a vulnerabilidade das cidades aos ataques biológicos foram realizados no Reino Unido, Canadá e EUA culminando com um ataque à cidade de Nova Iorque em 1966. Agentes da Chemical Corps Special Operation Division, borrifaram através das grades de ventilação das estações de metro, a bactéria Bacillus nas horas de maior movimento. As turbulências criadas pela passagem dos vagões, demostrou que esse era um meio para propagar bactéria por toda a cidade.

DESTRUIÇÃO MÚTUA

O "ataque" infectou quase um milhão de pessoas e mais uma vez, foi comprovado que não há forma de defender-se de um ataque inimigo.

Tomando conhecimento disto, os EUA deram um passo adiante e dedicaram-se à pesquisa de aplicações militares: a possibilidade de sobreviver a um ataque inimigo ou pelo menos a mútua destruição através de infecções em massa teriam que estar garantidas.

Os conhecimentos adquiridos não foram utilizados para fins militares ate a Guerra da Coréia. Em uma noite, os habitantes do povoado de Min-Chung ouviram um avião sobrevoar seus telhados. Quando acordaram descobriram um grande número de ratos do mato, a maioria deles mortos e muitos com a pata fraturada.

Aterrorizados os homens da aldeia mataram e queimaram os roedores, exceto quatro deles. Teste confirmaram que estavam infectados pela peste bulbônica.

Uma comissão internacional investigou este e outros incidentes semelhantes, publicando suas conclusões no relatório da Comissão Científica Internacional sobre as ações relativas à guerra bacteriológica na Coréia e na China.

Em relação ao incidente de Mim-Chung, o relatório informa: "não há dúvida de que um grande número de ratos do mato infectados com a peste bulbônica foram lançados no distrito de Kan-Nan, durante a madrugada de 5 de abril de 1952, desde o avião que os habitantes ouviram. O avião foi identificado como sendo um F-82, um caça noturno de dupla fuselagem norte-americano". O governo dos EUA negou as acusações.

MORTE NA SELVA

A guerra biológica apareceu novamente na guerra do Vietnã. O exército dos EUA utilizou desfolhantes para assolar as selvas nas quais os vietcongs se refugiaram. Destruiu plantações para desmoralizar os inimigos e seus simpatizantes. Pesquisaram-se aproximadamente 26.000 variações de herbicidas e desfolhantes para serem utilizados do sudeste asiático. Destas substâncias foram escolhidas seis para devastar a selva. Foram chamadas de Agente Púrpura, Verde, Azul, Branco, Laranja, Rosa, dependendo da cor de seus componentes. De todas elas, o Agente Laranja era o mais poderoso e foi utilizado para devastar a área cuja vegetação era mais densa. O produto era composto do desfolhante 245-T, desenvolvido na Inglaterra e uma pequena quantidade de dioxina; a combinação acelerava o crescimento de árvores e arbustos de forma que o próprio peso as destruía. Também produzia efeitos terríveis sobre os humanos.

Durante a guerra do Vietnã, os EUA disseram que a utilização do Agente Laranja para devastar a selva não era ilegal, pois não estava proibida na Convenção de Genebra de 1925. As pessoas que se opunham à guerra, argumentavam que a destruição da vegetação objetivava invenenar as colheias e provocar a fome.

A operação "Ranch Land" constituiu em espalhar Agente Laranja em uma área de 50.000 km². No final da guerra havia sido lançado no Vietnã mais de 110 kg da dioxina que fazia parte da composição do Agente Laranja (85g da letal toxina depositado no abastecimento de água de Washington seriam suficientes para matar seus habitantes). Nos recém-nascidos apareceram terríveis deformações, triplicaram os casos de bebês com lábio leporino e espinha bífita e o número de bebês nascidos mortos duplicou.

Os sobreviventes dos gases, como Vu Thi Lam, ainda sofrem seus efeitos, da mesma forma que seus filhos, muitos deles nascidos com má formações.

Em resposta às denúncias feitas pelos médicos de Saigon, o pentágono insistiu que a utilização de produtos químicos para destruir a vegetação da selva não violava nenhum tratado internacional. Apesar dessa atitude, era obvio que os efeitos de desfolhação foram mais longe que a mera devastação da selva, e os norte-americanos que se opunham a guerra do Vietnã, pressionaram a proibição do Agente Laranja. Em 1977, o governo cedeu e foi publicada a Convenção de Armas Biológicas, na qual ficava proibida a guerra biológica considerando que era "incompatível com a consciência da humanidade". As experiências, no entanto, continuaram secretamente.

"Nunca esquecerei seu aspecto... não podia jogar-se no chão, não podia ver. Seus olhos, assim como os meus moviam-se sem rumo".

Don Bowen, militar norte-americano

UMA NOVA GUERRA

Encaradas como "a bomba atômica do pobre" as armas biológicas são uma opção atrativa e barata. Durante a Guerra do Golfo as forças aliadas foram muito cautelosas com os possíveis ataques já que a combinação da alta temperatura com a pele suada tornava os soldados muitos vulneráveis aos agentes biológicos.

Antes da invasão do Kuwait, sabia-se que o Iraque tinha armazenado inúmeras armas biológicas. O arsenal incluía 28 mísseis SCUD carregados com gás Sarin, 800 bombas de gás nervoso, 60 toneladas de gás nervoso Tabun e 250 toneladas de gás mostarda, e não foi destruído pelo bombardeio em massa do aliado. Depois dos ataques com armas biológicas no setor curdo do Iraque, no final dos anos 80, suspeita-se que Saddan Hussein pode ter feito experiências com estas armas contra forças aliadas.

Durante os anos 80, fabricantes europeus e americanos forneceram a Saddan Hussein material para a guerra biológica. Em março de 1988, este atacou os curdos em Halabja, com gases. Morreram 5.000 pessoas. Muitos veteranos da Guerra do Golfo também apresentavam sintomas significativos, ainda que o Ocidente negue que as tropas aliadas tenham sido atacadas com armas biológicas.

"Meu filho sofreu uma morte dolorosa e absurda. Quando saberei da verdade? Meu tesouro foi embora para sempre".

A mãe de M. Adcock, veterano da Guerra do Golfo

TERROR NO METRÔ

Se o uso de armas biológicas em um contexto militar é alarmante, pensar que grupos terrorista podem ter acesso a elas e usá-las em populosos centros urbanos, inspirava pavor. Um recente incidente dessa natureza alarmou o mundo inteiro. Em de 1995 o atentado com gás Sarin no metro de Tóquio, cometidos por membros da seita Aum Shinriyko, provocou 12 mortes. Se a mistura química e o sistema de difusão tivessem sido um pouco diferentes, o numero de mortes teria sido muito maior.

Vítimas do ataque com gás Sarin, no metrô de Tóquio, agonizam em uma das estações. Apesar da seita Aum Shinriyko - que adquiriu armas sofisticadas do serviço secreto russo em 1991 - ter sido considerada responsável pelo atentado, certo investigadores agora duvidam de sua participação no acontecimento. Um grupo mais poderoso, composto por japoneses e estrangeiros, pôde ter sido autor do ataque, tanto para difamar e desmembrar a seita Aum, como para desviar a atenção, com a finalidade de ocultar seus próprios fins.

Agora se sabe que a seita Aum Shinriyko pregava a destruição do Ocidente, e as armas biológicas teriam sido facilitadas pela Rússia desejando conseguir ajuda financeira do Japão. Acredita-se que a seita, auxiliada pelos serviços secretos russos, pôde ter tido acesso às indústrias químicas russas.

Por causa da expansão do crime organizado na Rússia, as potências ocidentais temem que as armas biológicas possam ser adquiridas no mercado negro. É muito fácil transportar e esconder os mesmos elementos necessários para realizar o atentado de Tóquio. Dois produtos químicos inofensivos podem ser misturados para tornarem-se agentes mortais, o que significa que em teoria, estão ao alcance de qualquer organização decidida a obtê-los.

UM NOVO TIPO DE GUERRA

Parece absurdo pensar que a Inglaterra e os EUA, quando decidiram manter em segredo as atividades da Unidade 731, podiam prever estas ameaças da guerra biológica moderna. Contudo, fazer experiências com armas potencialmente tão destrutivas, poucos anos depois das devastadoras explosões de Hiroshima e Nagasaki, é um fato que desafia a lógica. Enquanto construía os fundamentos da Terceira Guerra Mundial, o ocidente lançava sobre o mundo uma nova e terrível forma de morte.

A SÍNDROME DA GUERRA DO GOLFO

Aproximadamente 70.000 veteranos sofreram da Síndrome da Guerra do Golfo, aparentemente causada pela exposição a agentes bacteriológicos de baixo nível.

Contudo, o Ocidente nega-se a admitir o fato por não poder estabelecer sintomas específicos. Isso pode ser devido ao fato de ter sido utilizada uma grande variedade de agentes que agem de formas distintas, contra as tropas ocidentas. Também existe a suspeita de que a administração de pílulas preventivas e vacinas pôde ter potencializado os agentes utilizados pelo inimigo. Outros opinam que a negação da Síndrome da Guerra do Golfo é consequência da incapacidade dos militares para proteger as suas tropas da guerra biológica.

EXPERIÊNCIAS BRITÂNICAS

Nos anos sessenta, cientistas do projeto químico Porton Down uniram suas forças com médicos para realizaram testes secretos. Entre 1960 e 1966, 33 pacientes do hospital St. Thomas - todos com câncer terminal - foram infectados com o vírus Langat e o vírus Kyansur Forest Disease. Os 33 pacientes faleceram, sendo que dois deles contraíram encefalite e morreram em consequência da inflamação do cérebro.

As autoridades se asseguraram de que esta e outras experiências permaneceriam rigorosamente secretas.

AIDS: UMA ARMA PERFEITA?

Em julho de 1969, o exército dos EUA recebeu 10 milhões de dólares para desenvolver um agente biológico cujo objetivo era afetar o sistema imunológico. Em 1990, tornou-se público um memorando escrito por Henry Kissinger, destacando a preocupação dos EUA em relação a população do Terceiro Mundo.

Ele afirmava: "A redução da população nestas nações é um questão vital para a nossa segurança nacional". Algumas observações consideram que o vírus da AIDS pode ter sido desenvolvido fazendo parte deste projeto.

EXPERIÊNCIAS BIOLÓGICAS SECRETAS

Nunca se conhecerá a lista completa dos testes realizados para a guerra biológica, porém os seguintes incidentes são algumas amostras das experiências realizadas:

1952- Em seis cidades norte-americanas foram vaporizados gases "inofensivos".

1955 - Tampa Bay, Flórida, é infectada com coqueluche pela CIA.

1956 - Enxames de mosquitos, infectados com febre amarela, são lançados sobre a Geórgia e a Flórida.

1965 - Filadélfia: a dioxina, componente essencial do desfolheante Agente Laranja, é minitrado em vários presidiários.

1968 - Washington: a CIA introduz um produto químico no abastecimento de água de um edifício, para calcular o perigo da água envenenada.

1980 - Refugiados do Haiti são injetados com hormônios nas prisões de Miami e Porto Rico, e desenvolvem seios femininos.

1985 - A Nicarágua sofre uma epidemia de dengue pela primeira vez em sua história, depois de uma aumento dos reconhecimentos aéreos norte-americanos.

1987 - O Departamento de Defesa admite que as pesquisas sobre a guerra biológica continuam em 127 pontos dos EUA.

Fontewww.manhuagito.com.br

Reatores Nucleares

FUSÃO E FISSÃO NUCLEAR

Como podem os prótons ficar confinados em uma região tão pequena como é o núcleo do átomo, sendo que existe uma forte repulsão eletrostática entre eles?

Os prótons e nêutrons do núcleo do átomo são ligados por uma energia enorme – força nuclear forte

Força nuclear forte – força de curtíssimo alcance, mas que, dentro do seu raio de ação, é muito mais intensa que a gravitacional e a eletromagnética.

Quando um nêutron atinge o átomo, a ligação se rompe, o núcleo se divide, libera partículas e energia

Nas reações que envolvem núcleos, as transformações de massa em energia e vice-versa estão sempre presentes. Assim, nestas reações, é de uso fundamental a equação de Einstein.

Fusão: Uma breve introdução

A fusão nuclear: dois ou mais núcleos atômicos se juntam, formando um outro núcleo maior;

É necessária muita energia cinética, que permita vencer a repulsão dos núcleos e haja o contato e a iteração entre eles;

A energia liberada depois da fusão é geralmente muito maior que a energia consumida;

A fusão ocorre mais facilmente entre núcleos que têm um pequeno número de prótons;

Reações de fusão

A principal reação de fusão que ocorre no interior do Sol.

A reação que ocorre mais facilmente é aquela em que o deutério se funde com o trício (ou trítio) produzindo uma partícula alfa (núcleo de hélio 4) e um nêutron, conforme a reação 3 abaixo.

Reatores Nucleares

Reatores Nucleares

Tokamaks

Aparelho que consegue suportar essas temperaturas mantendo um delgado filete de plasma, longe das paredes, durante um curto intervalo de tempo e usando a técnica do confinamento magnético.

Reatores Nucleares

Fissão: Uma breve introdução

Fissão nuclear: quebra ou divisão de um núcleo atômico, instável e pesado, através de um bombardeamento do núcleo com nêutrons lentos;

Poucos átomos podem sofrer o processo de fissão nuclear, entre eles, o urânio-235 e o plutônio;

A energia obtida através da fissão nuclear é devida à transformação da matéria em energia;

Geração de energia elétrica em países como Japão, França, USA, China, Brasil e outros;

Fissão Nuclear

Reatores Nucleares

Fusão Nuclear x Fissão Nuclear

Vantagens

O processo mais limpo que a fissão: usa núcleos atômicos leves (Trítio e Deutério, isótopos do Hidrogênio)

Os lixos radioativos possuem vidas curtas

A quantidade de energia liberada é muito maior na fusão que na fissão

Desvantagens

Não se consegue controlar a fusão de um modo eficaz

Ocorre em temperaturas elevadíssimas (milhões de graus centígrados)

É necessário o confinamento dos núcleos por pelo menos um segundo (câmaras magnéticas em formato toroidal:“tokamak”

Reatores Nucleares

Reação em cadeia / Sustentabilidade

Condição necessária para a sustentabilidade da reação: O número de núcleos que capturam nêutrons e sofrem fissão tem de ser, em média, igual ao dos nêutrons resultantes desses processos que vão ser depois capturados e induzir fissão

Consequentemente: o fator de multiplicação (razão entre on número de nêutrons de uma geração e o correspondente número da geração seguinte) deve ser UM

História (cíclica) de 100 nêutrons numa reação em cadeia

100 nêutrons lentos são capturados por Reatores Nucleares a causam fissão

Resultam 200 nêutrons

40 escapam durante a termalização

20 são capturados pelo U238 durante a termalização

140 que atingem velocidades baixas (lentos/térmicos Reatores Nucleares 2200 m/s)

10 escapam como nêutrons lentos ou térmicos

130 nêutrons disponíveis para absorção térmica

30 são absorvidos (moderador, Reatores Nucleares, contaminantes, etc.)

100 nêutrons lentos são capturados por Reatores Nucleares a causam fissão

O “ciclo” do combustível nuclear

Converte-se o óxido de urânio num gás,o UF6, hexafluoreto de U.

Separação por difusão e/ou centrifugação permite ENRIQUECER a parcela de isótopo 235 até aos 3 - 4% (maior eficiência; possibilita moderação dos nêutrons com água)

Reatores Nucleares é de novo convertido em Reatores Nucleares e formam-se as “pellets” que são introduzidas em tubos metálicos que vão constituir as “barras de combustível” do núcleo do reator.

Uma vez consumido o combustível, as barras são removidas para re-processamento ou para armazenamento de médio ou longo prazo.

Reator nuclear

Reatores Nucleares

Controle da Fissão nos Reatores

Reatores Nuclearess
Barras de Controle Elementos Combustível

A reação acontece dentro de varetas que compõem o elemento combustível. Dentro dele há também barras de controle - feitas de material que absorve nêutrons, controlando o processo.

Quando as barras "entram totalmente" no elemento combustível, o reator pára; quando saem, ele é ativado.

Num reator nuclear, a reação em cadeia é controlada com o uso de barras de substâncias moderadoras, como, por exemplo, a grafite.

Urânio enriquecido >> 3% a 4%.

Reação não controlada >> Explosão.

Bomba Atômica

Urânio enriquecido >> 90%.

Energia nuclear e o aquecimento global

Das fontes mais utilizadas de energia, apenas três não contribuem com a emissão de gases que causam o efeito estufa:

Eólica

Solar

Nuclear

Energia eólica: Como o vento não pode ser represado, é uma energia imprevisível, vulnerável a oscilações climáticas;

Energia solar: Necessita de grandes extensões para a produção de pouca energia, e só faz sentido em locais com forte incidência de luz solar;

Energia nuclear: Com controle rígido dos reatores, a energia atômica e ecológica já é uma realidade

ENERGIA NUCLEAR NO MUNDO (percentual)

Reatores Nucleares

O Lado Bom

Reatores Nucleares

Energia Liberada

A fissão completa de 1kg de Reatores Nucleares libera aproximadamente 8 x Reatores Nucleares joules, suficiente para ferver 270 milhões de litros de água.

O Lado Ruim

Reatores Nucleares
Em Chernobyl, em 1986, reator explodiu durante operação de manutenção dos equipamentos da usina

Reatores Nucleares

Bomba A- 1945

 

Medindo a Radioatividade

A radiação entra no tubo e produz ionização das moléculas gasosas, gerando uma corrente elétrica, cuja intensidade é registrada.

Reatores Nucleares
Contador de Geiger-Müller

A Radioatividade do Cotidiano

Alimentos: 25 mrem(*) por ano

Reatores Nucleares

(*) mrem = 1/1000 rem

rem é uma unidade de dose de radiação ionizante que produz o mesmo efeito biológico de uma unidade de dose de raios-X

A Radioatividade do Cotidiano

Radiografia dentária: 20 mrem cada

Reatores Nucleares

Energia solar: 11 mrem por ano

Reatores Nucleares

 

Área num raio de 1 km de uma usina nuclear: 5 mrem por ano

Reatores Nucleares

Irradiação e Contaminação

Irradiação é a exposição de um objeto ou um corpo à radiação, o que pode ocorrer à distância, sem necessidade de contato.

Irradiar não significa contaminar.

Contaminação, radioativa ou não, caracteriza-se pela presença indesejável de um material em local onde não deveria estar.

No caso de materiais radioativos, a contaminação gera irradiações. Para descontaminar um local, retira-se o material contaminante.

IRRADIAÇÃO NÃO CONTAMINA, MAS CONTAMINAÇÃO IRRADIA.

Por que a radiação provoca danos biológicos?

Quando exposta à radiação a molécula de água, presente no líquido puro ou fazendo parte dos tecidos vivos, absorve energia e forma radicais livres.

Reatores Nucleares

Aplicações da Radioatividade

Reatores Nucleares
Alimentos Irradiados

Reatores Nucleares
Radioterapia

Reatores Nucleares
Datação radioativa

Reatores Nucleares

Reginaldo A. Zara

Fonte: www.dapaz.com.br

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