Uma usina de energia nuclear. Vapor não-radioativo sai das torres de resfriamento.
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.
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Tipos de reações nucleares
A 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.Exemplo
Apenas 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.
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.
Tipos de reatores
Reatores de fissão
Existem 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 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
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.
O 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.
Toxicidade de radioativos
A 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.
Aplicação civil
A 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 % (1998,UNDP) e de 16 % 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 % | |
 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 |
 Arménia | 1 | 376 | 408 | 1 | 376 | 408 | – | – | – | 2,4 | 42 |
 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 |
 Bulgária | 2 | 1.906 | 2.000 | 4 | 1.632 | 1.760 | 2 | 1.906 | 2.000 | 18,1 | 44 |
 Canadá | 18 | 12.584 | 13.360 | – | – | – | 7 | 3.046 | 3.243 | 92,4 | 16 |
 Cazaquistão | – | – | – | 1 | 52 | 90 | – | – | – | – | – |
 China | 11 | 8.587 | 9.078 | – | – | – | 5 | 4.220 | 4.534 | 54,8 | 2 |
 Coreia do Sul | 20 | 16.810 | 17.716 | – | – | – | 4 | 3.800 | 4.000 | 141,2 | 39 |
 Eslováquia | 5 | 2.034 | 2.200 | 2 | 518 | 584 | – | – | – | 16,6 | 57 |
 Eslovênia | 1 | 666 | 730 | – | – | – | – | – | – | 5,3 | 40 |
 Espanha | 8 | 7.450 | 7.728 | 2 | 621 | 650 | – | – | – | 57,4 | 20 |
 Estados Unidos | 104 | 99.210 | 105.664 | 28 | 9.764 | 10.296 | 1 | 1.165 | 1.218 | 787,2 | 19 |
 Finlândia | 4 | 2.676 | 2.780 | – | – | – | 1 | 1.600 | 1.720 | 22,0 | 20 |
 França | 59 | 63.363 | 66.130 | 11 | 3.951 | 4.098 | 1 | 1.600 | 1.650 | 428,0 | 78 |
 Países Baixos | 1 | 482 | 515 | 1 | 55 | 58 | – | – | – | 3,3 | 4 |
 Hungria | 4 | 1.755 | 1.866 | – | – | – | – | – | – | 12,5 | 38 |
 Índia | 17 | 3.732 | 3.900 | – | – | – | 6 | 2.910 | 3.160 | 15,6 | 3 |
 Irã | – | – | – | – | – | – | 1 | 915 | 1.000 | – | – |
 Itália | – | – | – | 4 | 1.423 | 1.472 | – | – | – | – | – |
 Japão | 56 | 47.593 | 49.580 | 4 | 566 | 624 | 1 | 866 | 912 | 291,5 | 30 |
 Lituânia | 1 | 1.185 | 1.300 | 1 | 1.185 | 1.300 | – | – | – | 8,7 | 70 |
 México | 2 | 1.360 | 1.364 | – | – | – | – | – | – | 10,4 | 5 |
 Paquistão | 2 | 425 | 462 | – | – | – | 1 | 300 | 325 | 2,5 | 3 |
 Reino Unido | 19 | 10.982 | 11.902 | 26 | 3.324 | 3.810 | – | – | – | 69,2 | 19 |
 República Checa | 6 | 3.538 | 3.742 | – | – | – | – | – | – | 24,5 | 32 |
 Roménia | 2 | 1.310 | 1.412 | – | – | – | – | – | – | 5,2 | 9 |
 Rússia | 31 | 21.743 | 23.242 | 5 | 786 | 849 | 7 | 4.585 | 4.876 | 144,3 | 16 |
 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 |
 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 |
Vantagens da energia nuclear
A 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
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 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
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.
Perigos aos funcionários
Principalmente 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.
Segurança
A 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.
