Energia
Autor: guilherme potenciano | Publicado: 2011-11-06T06:42:00-08:00

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 nuclear 
 
   
Uma usina de energia nuclear. Vapor não-radioativo sai das torres de resfriamento.Energia nuclear é a energia liberada numa reação nuclear, ou seja, em processos de transformação de núcleos atómicos. Alguns isótopos de certos elementos apresentam a capacidade de se transformar em outros isótopos ou elementos através de reações nucleares, emitindo energia durante esse processo. Baseia-se no princípio da equivalência de energia e massa (observado por Albert Einstein), segundo a qual durante reações nucleares ocorre transformação de massa em energia. Foi descoberta por Hahn, Straßmann e Meitner com a observação de uma fissão nuclear depois da irradiação de urânio com nêutrons.
A tecnologia nuclear tem como uma das finalidades gerar eletricidade. Aproveitando-se do calor emitido na reação, para aquecer a água até se tornar vapor, assim movimentando um turbogerador. A reação nuclear pode acontecer controladamente em um reator de usina nuclear ou descontroladamente em uma bomba atómica. Em outras aplicações aproveita-se da radiação ionizante emitida.

   Índice 
 Tipos de reações nuclearesA reação nuclear é a modificação da composição do núcleo atómico  de um elemento, podendo transformar-se em outro ou outros elementos.  Esse processo ocorre espontaneamente em alguns elementos. O caso mais  interessante é a possibilidade de provocar a reação mediante técnicas de  bombardeamento de nêutrons ou outras partículas. Existem duas formas de reações nucleares: a fissão nuclear, onde o núcleo atômico subdivide-se em duas ou mais partículas; e a fusão nuclear, na qual ao menos dois núcleos atômicos se unem para formar um novo núcleo.
&nbsp;ExemploApenas um exemplo das mais de 1000 possíveis fissões de urânio-235:  Urânio captura um nêutron, torna-se instável e fraciona em bário e  criptônio com emissão de dois nêutrons.
Com esta reação Hahn e Strassmann demonstraram a fissão em 1938 através da presença de bário na amostra, usando espectroscopia de massa.
HISTORIA Ernest Rutherford,  o descobridor do núcleo atômico, já sabia que estes poderiam ser  modificados através de bombardeamento com partículas rápidas. Com a  descoberta do nêutron ficou claro que deveriam existir muitas possibilidades dessas modificações. Enrico Fermi suspeitava que o núcleo ficaria cada vez maior acrescentando nêutrons. Ida Noddack foi a primeira a suspeitar que "durante  o bombardeamento de núcleos pesados com nêutrons, esses poderiam  quebrar em pedaços grandes, que são isótopos de elementos conhecidos,  mas não vizinhos dos originais na tabela periódica"
A fissão nuclear foi descoberta por Otto Hahn e Fritz Straßmann em Berlim-1938 e explicada por Lise Meitner e Otto Frisch (ambos em exílio na Suécia) logo depois, com a observação de uma fissão nuclear depois da irradiação de urânio com nêutrons.
   
Otto Hahn e Lise Meitner no laboratórioA primeira reação em cadeia foi realizada em dezembro de 1942 em um reator de grafite de nome Chicago Pile 1 (CP-1), no contexto do projeto Manhattan com a finalidade de construir a primeira bomba atômica, sob a supervisão de Enrico Fermi na Universidade de Chicago.
 Tipos de reatores Reatores de fissãoExistem vários tipos de reatores, reatores de água leve (ingl. Light Water reactor ou LWR), reatores de água pesada (ingl. Heavy Water Reactor ou HWR), reator de rápido enriquecimento  ou "reatores incubadores" (ingl. Breeder reactor) e outros, dependendo  da substância moderador usada. Um reator de rápido enriquecimento gera  mais material físsil (combustível) do que consome. A primeira reação em cadeia foi realizada num reator de grafite. O reator que levou o acidente nuclear de Chernobyl  também era de grafite. A maioria dos reatores em uso para geração de  energia elétrica no mundo são do tipo água leve. A nova geração de  usinas nucleares, denominada G3+, incorpora conceitos de segurança  passiva, pelos quais todos os sistemas de segurança da usina são  passivos, o que as tornam intrinsecamente seguras. Como reatores da  próxima geração (G4) são considerados reatores de sal fundido ou MSR (ingl. molten salt reactor). Ainda em projeto conceitual, será baseada no conceito de um reator de rápido enriquecimento.
 Reatores de fusão 
O emprego pacífico ou civil da energia de fusão está em fase experimental, existindo incertezas quanto a sua viabilidade técnica e econômica.
O processo baseia-se em aquecer suficientemente núcleos de deutério até obter-se o estado plasmático. Nesse estado, os átomos de hidrogênio se desagregam permitindo que ao se chocarem ocorra entre eles uma fusão produzindo átomos de hélio. A diferença energética entre dois núcleos de deutério e um de hélio será emitida na forma de energia que manterá o estado plasmático com sobra de grande quantidade de energia útil.
A principal dificuldade do processo consiste em confinar uma massa do  material no estado plasmático já que não existem reservatórios capazes  de suportar as elevadas temperaturas a ele associadas. Um meio é a  utilização do confinamento magnético.
Os cientistas do projeto Iter, do qual participam o Japão e a União Européia,  pretendem construir uma central experimental de fusão para comprovar a  viabilidade econômica do processo como meio de obtenção de energia.
 Bomba atômica 
As bombas nucleares fundamentam-se na reação nuclear (i.e. fissão ou fusão nuclear) descontrolada e portanto explosiva.
A eficácia da bomba atômica baseia-se na grande quantidade de energia  liberada e em sua toxicidade, que apresenta duas formas: radiação e  substâncias emitidas (produtos finais da reação e materiais que foram  expostos à radiação), ambas radioativas. A força da explosão é de 5 mil  até 20 milhões de vezes maior, se comparada a explosivos químicos. A  temperatura gerada em uma explosão termonuclear atinge de 10 até 15  milhões de graus Celsius no centro da explosão.
Na madrugada do dia 16 de julho de 1945, ocorreu o primeiro teste nuclear da história, realizado no deserto de Alamogordo, Novo México, o chamado Trinity test.
   
A explosão de TrinityO segundo, empregado pela primeira vez para fins militares durante a Segunda Guerra Mundial, foi na cidade japonesa de Hiroshima e o terceiro, na cidade de Nagasaki.  Essas explosões mataram ao todo cerca de 155.000 pessoas imediatamente,  além de 110.000 pessoas morrerem durante as semanas seguintes, em  consequência dos efeitos da radioatividade. Além disso, suspeita-se que  até hoje mais 400.000 morreram devido as efeitos de longo prazo da  radioatividade
As bombas termonucleares são ainda mais potentes e fundamentam-se em reações de fusão de hidrogênio  ativadas por uma reação de fissão prévia. A bomba de fissão é o ignitor  da bomba de fusão devido à elevada temperatura para iniciar o processo  da fusão.
&nbsp;Toxicidade de radioativosA toxicidade  baseia-se na radiação emitida pelas substâncias envolvidas na reação  nuclear. Assim, tanto o material utilizado, quanto todo entorno serão  fonte de radioatividade e, portanto, tóxicos.
A descobridora da radiação ionizante, Marie Curie, sofreu envenenamento radioativo,  em 1898, por manipular materiais radioativos levando a inflamação nas  pontas dos dedos e no final da vida ela sofreu e morreu de leucemia.
&nbsp;Aplicação civilA fissão nuclear do urânio é a principal aplicação civil da energia nuclear. É usada em centenas de centrais nucleares em todo o mundo, principalmente em países como a França, Japão, Estados Unidos, Alemanha, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coreia do Norte, Paquistão e Índia, entre outros.
A percentagem da energia nuclear na geração de energia mundial é de 6,5&nbsp;% (1998,UNDP) e de 16&nbsp;% na geração de energia elétrica. No mês de janeiro 2009 estavam em funcionamento 210 usinas nucleares em 31 países com ao todo 438 reatores produzindo a potência elétrica total de 372 GW.

 País Em funcionamento Desligado Em construção Geração de
energia elétrica 
 Nú-
mero Potência
líquida 
em MW
 Potência
bruta 
em MW
 Nú-
mero Potência
líquida 
em MW
 Potência
bruta 
em MW
 Nú-
mero potência
líquida 
em MW
 Potência
bruta 
em MW
 2006
em TWh Percen-
tagem
em&nbsp;% 
  África do Sul 2 1.800 1.888 – – – – – – 10,1 4 
  Alemanha 9 [2] 12.004 12.607 27 14.365 15.083 – – – 158,7 26 
  Argentina 2 935 1.005 – – – 1 692 745 6,9 7 
 &nbsp;Arménia 1 376 408 1 376 408 – – – 2,4 42 
 &nbsp;Bélgica 7 6.092 5.801 1 11 12 – – – 44,3 54 
  Brasil 2 1.901 2.007 – – – 1 1.405 1.500 13,8 3 
 &nbsp;Bulgária 2 1.906 2.000 4 1.632 1.760 2 1.906 2.000 18,1 44 
 &nbsp;Canadá 18 12.584 13.360 – – – 7 3.046 3.243 92,4 16 
 &nbsp;Cazaquistão – – – 1 52 90 – – – – – 
 &nbsp;China 11 8.587 9.078 – – – 5 4.220 4.534 54,8 2 
 &nbsp;Coreia do Sul 20 16.810 17.716 – – – 4 3.800 4.000 141,2 39 
 &nbsp;Eslováquia 5 2.034 2.200 2 518 584 – – – 16,6 57 
 &nbsp;Eslovênia 1 666 730 – – – – – – 5,3 40 
 &nbsp;Espanha 8 7.450 7.728 2 621 650 – – – 57,4 20 
 &nbsp;Estados Unidos 104 99.210 105.664 28 9.764 10.296 1 1.165 1.218 787,2 19 
 &nbsp;Finlândia 4 2.676 2.780 – – – 1 1.600 1.720 22,0 20 
 &nbsp;França 59 63.363 66.130 11 3.951 4.098 1 1.600 1.650 428,0 78 
 &nbsp;Países Baixos 1 482 515 1 55 58 – – – 3,3 4 
 &nbsp;Hungria 4 1.755 1.866 – – – – – – 12,5 38 
 &nbsp;Índia 17 3.732 3.900 – – – 6 2.910 3.160 15,6 3 
 &nbsp;Irã – – – – – – 1 915 1.000 – – 
 &nbsp;Itália – – – 4 1.423 1.472 – – – – – 
 &nbsp;Japão 56 47.593 49.580 4 566 624 1 866 912 291,5 30 
 &nbsp;Lituânia 1 1.185 1.300 1 1.185 1.300 – – – 8,7 70 
 &nbsp;México 2 1.360 1.364 – – – – – – 10,4 5 
  Paquistão 2 425 462 – – – 1 300 325 2,5 3 
 &nbsp;Reino Unido 19 10.982 11.902 26 3.324 3.810 – – – 69,2 19 
 &nbsp;República Checa 6 3.538 3.742 – – – – – – 24,5 32 
 &nbsp;Roménia 2 1.310 1.412 – – – – – – 5,2 9 
 &nbsp;Rússia 31 21.743 23.242 5 786 849 7 4.585 4.876 144,3 16 
 &nbsp;Suécia 10 8.916 9.275 3 1.210 1.242 – – – 65,0 48 
  Suíça 5 3.220 3.372 – – – – – – 26,3 37 
  Taiwan 6 4.884 5.144 – – – 2 2.600 2.700 37,0 22 
 &nbsp;Ucrânia 15 13.107 13.835 4 3.500 3.800 2 1.900 2.000 84,8 48 
 Mundo 432 362.626 382.858 125 43.339 46.407 42 32.105 34.083 2.660 17 
&nbsp;Vantagens da energia nuclearA principal vantagem da energia nuclear é a não utilização de combustíveis fósseis. Considerada como vilã no passado, a Energia Nuclear passou gradativamente a ser defendida por ecologistas de nome como James E. Lovelock por não gerarem gases de efeito estufa. Estes ecologistas defendem uma virada radical em direção à energia nuclear como forma de combater o aquecimento global  argumentando que particularmente áreas contaminadas por acidentes  núcleares como a região de Chernobyl se tornam em parques ecológicos  perfeitos com natureza plena e selvagem.
Em comparação com a geração hidrelétrica,  a geração a partir da energia nuclear apresenta a vantagem de não  necessitar o alagamento de grandes áreas para a formação dos lagos de reservatórios, evitando assim a perda de áreas de reservas naturais ou de terras agriculturáveis, bem como a remoção de comunidades  inteiras das áreas que são alagadas. Outra vantagem da energia nuclear  em relação à geração hidrelétrica é o fato de que a energia nuclear é  imune à alterações climáticas futuras que porventura possam trazer  alterações no regime de chuvas.
Já que a maior parte (cerca de 96%) do combustível nuclear queimado é constituída de Urânio  natural, uma grande parte do combustível utilizado nos reatores  nucleares é reprocessado em plantas de reprocessamento como a Urenco no  Novo México. Cerca de 60% do combustível nuclear é mandado diretamente  para o reprocessamento. O reprocessamento visa re-enriquecer o urânio  exaurido, tornando possível que ele seja novamente utilizado como  combustível.
A parte do combustível que nao é reprocessada imediatamente é  armazenada para reprocessamento futuro, ou é armazenada  semi-definitivamente em depósito próprio.
Cerca de 4% do total do combustível queimado é constituído dos  chamados produtos de fissão e da série dos actinídeos, que são  originados a partir da fissão do combustível nuclear. Estes podem  incluir elementos altamente radioativos como o Plutônio, Amerício e Césio.  Atualmente esses elementos são separados do urânio que será  reprocessado e são armazenados em depósitos projetados especificamente  para armazenamento de elementos radioativos ou utilizados em pesquisas. O  Plutônio têm valor estratégico e científico particularmente alto por  ser utilizado na fabricação de armamentos nucleares e também para  pesquisas relacionadas aos chamados Fast Breed Reactors, que são  reatores que operam utilizando uma combinação de urânio natural e  plutônio como combustível. O Plutônio também é utilizado na cura do câncer e como combustível de satélites artificiais.
 Desvantagens da energia nuclear Resíduos radioativos 
A geração de rejeito radioativo de usinas nucleares é normalmente  baixa, mas representa um problema pois os elementos contidos no  combustível queimado, pricipalmente os produtos de fissão, demoram um  tempo muito longo para decairem  em outros elementos e apresentam alta radioatividade, portanto é  necessário que eles fiquem confinados em um depósito próprio onde não  possa haver nem interferência humana externa nem interferência ambiental  (já que a inteferência ambiental pode causar vazamentos e deslocamento  dos elementos).
Mesmo não representando considerável perigo na forma conhecida por  "intoxicação metais pesados", o plutônio mostra-se particularmente  tóxico se inalado. Sua toxidade por inalação supera em cerca de 10.000  vezes sua toxidade por ingestão, e a aspiração de minúsculas quantidades  deste elemento pode levar - a médio prazo - a uma morte por cancer de  pulmão. Intencionalmente, com apenas um quilograma  de Plutônio-239 seria possível, do ponto de vista puramente matemático,  fazer-se uma quantidade suficiente de aerosol para provocar, por via  inalatória, a extinção da população humana a longo prazo.  Embora por simples contaminação do ar e disseminação aérea a presença  deste elemento no ambiente não implique um final tão aterrador - haja  vista as centenas de bombas atômicas já detonadas pelas potências  nucleareas em seus testes, muitas das quais exclusivamente feitas de  plutônio - esta não deve jamais ser subestimada. Em um ano, um reator  nuclear de 1200 MW (como p. ex. o de Angra 2)  produz 265&nbsp;kg desse material, que tem uma meia-vida de 24.000 anos, e  há material de sobra para se produzirem danos consideráveis às  populações humanas e meio ambiente em geral.
 Acidentes  O acidente no reator de Chernobyl (ex-URSS) contaminou radioativamente uma área de aproximadamente 150.000&nbsp;km² (corresponde mais de três vezes o tamanho do estado do Rio de Janeiro),  sendo que 4.300&nbsp;km² possuem acesso interditado indefinidamente. Até 180  quilômetros distantes do reator situam-se áreas com uma contaminação de  mais de 1,5 milhões de Becquerel por km², o que as deixa inabitáveis  por milhares de anos.
Um reator nuclear necessita resfriamento, mesmo em estado desligado,  pois os processos de decaimento spontâneos desenvolvem uma quantidade de  calor que pode chegar até 10% da força máxima do reator. Caso que todos  os sistemas de resfriamento falham o reator se esquenta levando os  metais dos combustíveis fundir, que acontece a temperaturas em volta de  2000°C. Nesse caso existe perigo do combustível fundir um buraco no  contéiner de segurança com a inevitável contaminação radioativa dos  arredores da usina. Para evitar tal caso, uma usina nuclear tem cascatas  de sistemas de resfriamento ou seja operado com bombas eléctricas,  bombas a diesel e caso que todas esses falham baterias para continuar a  operação de ventilos e bombas e da unidade de controle durante entre 2 e  8 horas.
A falha de resfriamento pode ser causado por erros humanos, impacto  de catástrofes naturais ou attaques terroristas. Foram falhas de  funcionários no caso do acidente da usina "Three Mile Island" perto de  Harrisburg, Pennsylvania, E.U.A que levou a destruição completa do  reator e o vazamento de substâncias radioativas com mais de 1,6 · 1015 Bq no dia 28 de março de 1979 (nível 5 na escla INES).
Um terremoto da 8,9 na escala Richter e a sequente enchente Tsunami levou o avaria nuclear de Fukushima  (nível 7 na escla INES). A falha de resfriamento causou os níveis de  água nos tanques de de arrefecimento baixar com aquecimento dos  combustíveis, tanto gastos quanto não gasto, e a formação de hidrogênio,  um gas altamente explosivo em 4 dos 6 blocos da central. As seguintes  explosões destruiram os prédios e causaram vazamentos em contéineres de  segurança com liberação de materias radioativos.
Em 1993 uma pessoa demente ultrapassou as barricadas de segurança da  usina "Three Mile Island" com um carro e chegou até o salão de turbinas.  Nesse momento o reator estava em operação sob plena carga. Foi  condenada sob acusação de causar ou arriscar a uma catástrofe e  internada em psiquiatria.
&nbsp;Perigos aos funcionáriosPrincipalmente todo funcionário operando na proximidade de  substâncias radioativas está exposto ao risco de contaminação e portanto  deve cumprir regras rígidas de segurança radiológica. Mesmo assim, já  aconteceram vários imprevistos na história da energia nuclear, nem todos  classificados pela Agência Internacional de Energia Nuclear (IAEO).
Um funcionário do institudo de pesquisa nuclear belga em Mol (EURATOM) sofreu um acidente em 1980 que o expôs a Plutônio-239 e provavelmente o levou a morte por leucemia 8 anos depois. Pesquisas em cachorros,  motivadas por esse incidente, demonstraram que 3,24 miligrama de  Plutônio-239 absorvidos pelo pulmão resultam em morte por câncer.
 SegurançaA Agência Internacional de Energia Atómica alertou que terroristas poderiam vir a comprar resíduos radioativos, por exemplo de países da ex-URSS ou de países com ditaduras que usam tecnologias nucleares, tais como Irã ou Coreia do Norte, e construir uma chamada "bomba suja".
O quão fácil é desviar materiais altamente radioativos é demonstrado pelo exemplo do acidente radiológico de Goiânia, no Brasil em 1987, onde foi encontrada por moradores em um lixão,  contida dentro de uma máquina hospitalar e levada para casa e exposta a  todos do bairro, pois, brilhava no escuro. uma pedra de sal de cloreto  de Césio-137, um isótopo radioativo, de um hospital abandonado.
Nunca foi registrado qualquer tipo de acidente externo à uma usina  nuclear relacionado com o material utilizado na produçao de energia  nuclear, ou seja, combustível nuclear, apesar de vários casos envolvendo  acidentes cívis com fontes médicas e comerciais de radiaçao.
Uma usina nuclear, justamente por lidar com algo potencialmente  perigoso e que já resultou em acidentes no passado, tem normas de  segurança tanto nacionais quanto internacionas que garantem que cada  procedimento seja feito de acordo com todos os padrões de segurança. A  Agência Internacional de Energia Atômica é um orgão internacional  regulatório que salva-guarda a construção e uso da energia nuclear no  mundo. Os requisitos para a obtenção de salva-guarda são severos e  reconhecidos pela exigência em relação à segurança e operação de usinas  nucleares; sem uma salva-guarda, um país é proibido de realizar a  construção de instalações nucleares. Um dos requisitos para a obtenção  de salva-guarda é que a instalação em questão deve ser supervisionada  durante toda a sua existência por um grupo internacional de supervisores  especializados em segurança radiológica e nuclear.
 Gases de estufaA produção de gases de estufa de uma usina núclear comum está de 3 a 6 vezes maior comparada com a energia hídrica e eólica, considerando o processo todo necessário para operá-la.