UM FENÔMENO NUCLEAR
5% 14% 2% 9% MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA Renováveis (47%) 3% 37% 30% Biomassa Petróleo GN Nuclear 6% MATRIZ ENERGÉTICA MUNDIAL Biomassa Renováveis (13%) Petróleo 2% 1% 25% 10% 35% GN 21% Nuclear Carvão M. Carvão M. Não Renováveis (53%) Hidro Não Renováveis (87%) Hidro Outras (Dados de 2008) Outras
CONSUMO e PRODUÇÃO ANUAL DE ENERGIA ELÉTRICA NO BRASIL (um exemplo) SETOR CONSUMO(%) CONSUMO(TWh) INDUSTRIAL 46 211 RESIDENCIAL 22 101 COMERCIAL 14 64 PÚBLICO 08 37 OUTROS 10 46 TOTAL 100 459 Existem, cerca de, 67 milhões de domicílios no Brasil. Portanto: consumo/domicílio = 1492 kwh Consumo de domicílio de classe média com 4 pessoas = 6000 kwh
PRECISAMOS DE MAIS ENERGIA? Supondo que os 67 milhões de domicílios fossem de classe média, o consumo de energia aumentaria, aproximadamente, 300 TWh. Para suprir essa demanda, precisaríamos de, por ex.: 5 Itaipus (7 GW cada) ou 34 usinas nucleares (1GW cada)
SÍMBOLO (criado em 1964 nos EUA)
SÍMBOLO (criado em 2007 pela AIEA)
O SÍMBOLO DO MAL ANO DA CRIAÇÃO: 1989
A radioatividade é um fenômeno nuclear, ou seja, não envolve a participação da eletrosfera. Foi descoberta pelo francês Henri Becquerel ao analisar sais de urânio(1896). INSTÁVEIS Núcleos pesados Núcleos + leves e + estáveis
PARTÍCULAS ONDA ALFA 2α 4 BETA -1β 0 0γ 0 GAMA
ALCANCE DAS RADIAÇÕES 2α 4-1β 0 PAPEL MADEIRA CONCRETO
1) EMISSÃO ALFA ZX A Z-2 Y A-4 + 2 α 4 0n 1 1 p 1 + -1β 0 + - 0v 0 2) EMISSÃO BETA Z XA Z+1 Y A + -1β 0
EMISSÃO DE PÓSITRON 1p 1 0n 1 + +1β 0
E = m.c 2 c 2 = E (GRANDE ) m (pequena)
(T 1/2 ou P) É o tempo necessário para que a atividade da amostra, geralmente medida em massa ou em nº de átomos, caia pela metade. atividade m 0 m 0 2 t 1/2 tempo
P P P m 0 m 0 m 0... 2 4 P P P 100% 50% 25%... m f = m o 2 n onde n= nº de P
URÂNIO NA NATUREZA 0,7% 99,3% U-235 U-238
ENRIQUECIMENTO DO URÂNIO U 235 U 238
MASSAS CRÍTICAS (massas mínimas de U-235 para iniciar uma reação) Usina nuclear: 3% Bomba de fissão: 90%
MINERAÇÃO U3O8 FISSÃO DO U235 PURIFICAÇÃO U3O8-YELLOW CAKE PASTILHAS DE UO2 CONVERSÃO U3O8 UF6 ENRIQUECIMENTO U238 U235
DIFUSÃO GASOSA U-235 U-235 U-235 U-235 U-238 U-235 U-238 U-238 U-238 U-238 50% de U-235 80% de U-235
ULTRACENTRIFUGAÇÃO (U-238) (U-235)
PAÍSES QUE DOMINAM A TECNOLOGIA DO CICLO DO URÂNIO EUA RÚSSIA BRASIL
ENERGIA NÊUTRON ÁTOMO A URÂNIO 235 ÁTOMO B
ENERGIA NÊUTRON URÂNIO 235
U-235 REATOR NUCLEAR (BWR) ELEMENTO COMBUSTÍVEL A ÁGUA ENTRA EM EBULIÇÃO T= 300ºC GERADOR ÁGUA LEVE VAPOR ÁGUA DE UM LAGO VAPOR REFRIGERANTE E MODERADORA X BOMBA ÁGUA CONDENSADOR
REATORES NUCLEARES SEGURANÇA NÚCLEO (ELEMENTO COMBUSTÍVEL E ÁGUA) VASO DE CONTENÇÃO (AÇO/CONCRETO)
TIPOS DE REATORES BWR TÉRMICOS (nêutrons lentos) PWR vel.: 3000 m/s RÁPIDOS RÁP (nêutrons rápidos) vel.: 8000 km/s
USINAS NUCLEARES VANTAGENS: Não emite gases de efeito estufa. Não emite gases que provocam a chuva ácida. Não emite poluentes atmosféricos. Pequena área de ocupação (alta densidade energética). Muito caras (70% é capital). Produção de lixo nuclear. DESVANTAGENS: Poluição térmica: aquecimento das águas de um rio com consequente diminuição da solubilidade dos gases dissolvidos, incluindo o oxigênio.
LIXO ATÔMICO (resíduos formados após a fissão) Não se tem, hoje (2011), uma solução definitiva e sustentável. Os resíduos (isótopos radioativos com meiasvidas longas -milhares de anos ) são armazenados em piscinas, lacrados com material adequado por alguns anos. Após esse período, são enterrados no solo. Futuro: reprocessamento do combustível (urânio, em sua maioria 238) e reciclagem.
USOS DA EN. NUCLEAR Geração de energia Datação de fósseis Conservação de alimentos Radioterapia Exames de saúde
DATAÇÃO DE FÓSSEIS 6 C14 7 N14 + -1 β 0 10 ppm 2,5ppm CARVÃO Meia-vida do C-14 = 5600 anos Portanto, a idade do carvão = 2P = 2. 5600 = 11200 anos
NÍVEIS DE RADIAÇÃO (em milisievert: msv) RAIO X DE DENTISTA: 0,01 RADIOGRAFIA PEITORAL: 0,1 MAMOGRAFIA RAIO X: 0,4 RADIAÇÃO/HORA EM FUKUSHIMA(12/03): 1,02 EXPOSIÇÃO HUMANA ANUAL: 2,0 LIMITE ANUAL P/ TRAB. DE USINAS NUCLEARES: 100 EXPOSIÇÃO DOS HAB. DE CHERBOBYL EM 1986: 350 RADIAÇÃO/HORA EM FUKUSHIMA(14/03): 400 MAL ESTAR E NÁUSEAS: 1000 LETAL PARA EXPOSIÇÃO POR UM MÊS: 5000 LETAL EM SEMANAS: 10000
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES A CURTO PRAZO (horas, dias ou semanas): náusea, vômitos, queda de cabelo. Os sistemas mais afetados são o hematopoético e o gastrintestinal. A LONGO PRAZO (meses, anos): alterações genéticas.
ACIDENTES IMPORTANTES Three Mile Island (EUA-1979): falha técnica e erro humano; bomba de refrigeração falhou com consequente derretimento dos bastões do elemento combustível. Obs.: Zr reagiu com água e produziu H2. Contenção não explodiu. Chernobyl (Ucrânia-1986): falha na refrigeração; vaso de contenção explodiu. Moderadores de grafite são inflamáveis. Falha humana e tecnológica. Goiânia (Brasil-1987): descarte inadequado de césio 137. Fukushima (Japão-2011): Terremoto seguido de tsunami; falha na refrigeração; explosão do vaso de contenção como consequência da produção de H2 resultante da reação de Zr com água muito quente.
O VAPOR D AGUA QUE MOVIMENTA AS TURBINAS É PRODUZIDO POR UMA FONTE DE CALOR QUE PODE SER... A QUEIMA DE COMBUSTÍVEL FÓSSIL A QUEIMA DE BIOMASSA A FISSÃO NUCLEAR
PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA (fonte hídrica) REPRESA GERADOR TURBINA A QUEDA D ÁGUA MOVIMENTA AS TURBINAS
PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA (fonte térmica) VAPOR D ÁGUA GERADOR TURBINA O VAPOR D ÁGUA MOVIMENTA AS TURBINAS
PREÇO DA ENERGIA ELÉTRICA (média em leilões no Brasil 2009-2010) FONTE R$ / KWh Hidrelétrica 0,07 0,08 Termoelétrica 0,13 0,15 Nuclear * 0,13 Eólica 0,13 Solar 0,60
PRINCIPAIS POLUENTES ATMOSFÉRICOS POR TIPO DE USINA USINA OPERANDO NÃO OPERANDO OBS Hidrelétrica Metano Metano Termo(C. fósseis) Gases de efeito estufa(gee) ----- Ciclo Aberto Termo(Biomassa) GEE ----- Ciclo Fechado Nuclear ----- Lixo radioativo Eólica ----- ----- Solar ----- -----
QUESTÃO ENEM CONTEXTUALIZADA Reatores nucleares de fissão são projetados para transformar água líquida em vapor e, este, movimentar turbinas que, por sua vez, estão ligadas a geradores de eletricidade. Podemos afirmar então que a) a explosão atômica é que gera eletricidade diretamente. b) a eletricidade, neste caso, é gerada por fonte térmica. c) o princípio de funcionamento de uma usina termoelétrica nada tem de parecido com o de uma usina nuclear. d) usinas hidrelétricas também geram vapor de água para movimentar suas turbinas. e) não há transformações de energia numa usina nuclear.
QUESTÃO ENEM ESPECÍFICA Enriquecer o urânio significa a) aumentar a quantidade do isótopo 238. b) diminuir a quantidade do isótopo 235. c) torná-lo mais rentável. d) transformá-lo em plutônio 239. e) aumentar a quantidade do isótopo físsil.
FIM OBRIGADO!