A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

Aula : Radioatividade II Crede em Deus, crede também em mim. Há muitas moradas na casa de meu Pai.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "Aula : Radioatividade II Crede em Deus, crede também em mim. Há muitas moradas na casa de meu Pai."— Transcrição da apresentação:

1 Aula : Radioatividade II Crede em Deus, crede também em mim. Há muitas moradas na casa de meu Pai.

2

3

4

5 Suponha que o fóssil tenha 25% da quantidade do isótopo de carbono radioativo que deveria ter quando ainda era vivo. Isso significa que, desde o instante em que morreu, o C – 14 reduziu sua atividade a 25%. Portanto, passaram-se duas meias-vidas. Esquematicamente, temos: (BIANCHI et al – Universo da Química) A meia-vida do carbono radioativo é de 5720 anos, portanto o suposto fóssil teria aproximadamente anos. Como todo processo, este também tem suas limitações e torna-se insuficiente para datações que envolvam tempos geológicos, como a idade da Terra, por exemplo.

6 III. A Bomba Atômica Em 1938, foi descoberta a fissão nuclear, processo que consiste genericamente em bombardear com nêutrons um núcleo atômico pesado. Desse choque resultam outros átomos radioativos, mais nêutrons e uma grande quantidade de energia, que é liberada para o ambiente. (BIANCHI et al – Universo da Química)

7

8

9 IV. A Explosão Nuclear e suas Condições Na manhã de 16 de julho de 1945, no deserto de Alamogordo, no Estado do Novo México, os Estados Unidos realizaram a primeira explosão nuclear. Poucos dias depois, em 6 de agosto de 1945, detonaram a bomba de U – 235 (Little Boy) sobre Hiroshima, e em 9 de agosto de 1945, a bomba Pu – 239 (Fat Man) sobre Nagasaki. (BIANCHI et al – Universo da Química)

10

11

12 VI. Energia Nuclear As usinas hidrelétricas utilizam quedas dágua para a transferência da energia cinética da água para as turbinas. Estas, por sua vez, fazem movimentar os geradores, que produzem energia elétrica, a qual é transportada por cabos e fios até o consumidor. Em outras situações as turbinas podem ganhar movimento pela ação do vapor dágua. É o caso das usinas termoelétricas. Nelas, o carvão ou o petróleo são utilizados como fontes de energia para a produção do vapor, que é obtido a partir da água aquecida e depois expulso pela continuidade do processo. As demais etapas acontecem de modo semelhante ao utilizado nas hidrelétricas. A diferença entre os dois tipos de usinas está na fonte de energia que faz girar as turbinas. VI.1. Usina Nuclear As usinas nucleares também produzem calor para aquecer a água e vaporizá-la, porém o combustível é o material radioativo que sofre fissão nuclear, liberando, desse modo, grandes quantidades de energia.

13 Os isótopos físseis (U – 235 e Pu – 239) são utilizados no processo respeitando técnicas que permitem a utilização da energia da fissão sem que haja risco de reações explosivas. Podemos associar essa ideia de controle ao processo usado na combustão em fogões, cujos bicos queimam o gás aos poucos, sem risco de explosão. O material radioativo mais utilizado nas usinas é o urânio. Ele ocorre naturalmente na crosta terrestre e é extraído na forma de minérios (urânio combinado com outros elementos, cuja extração é economicamente viável). Os átomos de urânio existem em duas formas isotópicas naturais, o U – 235 e o U – 238, cujas porcentagens de ocorrência são, respectivamente, 0,7% e 99,3%. De acordo com o tipo de usina nuclear, pode-se usar o elemento urânio como combustível na forma natural ou, ainda, enriquecê-lo no sentido de aumentar a porcentagem do isótopo U – 235. O enriquecimento do urânio consiste na retirada de parte do U – 238 de sua composição natural, elevando a quantidade do U – 235 a 3% e reduzindo a quantidade de U – 238 a 97%. VI.2. Os Princípios de Funcionamento da Usina Conforme já visto, as explosões de bombas atômicas dependem da existência de reações em cadeia em que um nêutron atinge o núcleo do U – 235, produzindo dois novos átomos-filhos e três nêutrons. Os três nêutrons dão continuidade ao processo chocando-se com três outros núcleos de urânio.

14 Nas usinas, o processo de reação em cadeia é dificultado de tal modo que apenas um nêutron dê continuidade à reação, que, assim, é mantida à taxa constante, não havendo explosão. Junto com a fração combustível existem isótopos de U – 238, que também absorverão nêutrons sem, contudo, sofrerem fissão. A estrutura do ambiente onde ocorre a fissão do urânio (reator da usina) também captura nêutrons e, além disso, a água que circula no interior do reator acaba servindo também como receptora de nêutrons. A planta da usina mostra que o reator é mantido isolado por paredes de aço e concreto, conforme ilustra a figura abaixo. (BIANCHI et al – Universo da Química)

15 VI.3. Armazenamento do Lixo Radioativo Até o momento, tratamos apenas da questão do funcionamento de um reator nuclear, porém é necessário considerar outros problemas tão significativos quanto a própria usina nuclear. Um deles refere-se à extração e preparação do urânio e outro, aos produtos e rejeitos que aparecem no reator e que devem ter um destino seguro para não por em risco a vida no planeta. Os projetos de extração do urânio a partir dos seus sais minerais mostra que são necessárias 90 mil toneladas de minério para se obterem 100 toneladas de urânio puro. Ainda que essa quantidade seja suficiente para manter a usina durante 1 ano e com a potência de 1000 MW, temos o resto do processo de mineração, que corresponde a toneladas de minerais não aproveitados, cuja massa contém radônio, um gás produzido pela desintegração natural do U – 238. Esse gás é cancerígeno e torna-se concentrado no ambiente de extração e processamento do minério de urânio. Um reator nuclear deve ser construído sob normas rígidas de segurança, longe de povoações; 20 km de distância mínima entre o reator e os centros urbanos para que, no caso de acidente, os habitantes recebam o mínimo do limite tolerável de radiações até que tenham tempo de abandonar o local. A dispersão dos poluentes conta com as condições meteorológicas, de modo a minimizar ou não os efeitos sobre as populações próximas.

16 Em se tratando dos produtos do reator, devemos levar em consideração que, como toda máquina alimentada por combustível, o reator precisa ser reabastecido. A questão é saber que destino é dado ao urânio substituído no reator. Os produtos radioativos da fissão do U – 235 nos reatores atômicos, acrescentados ao polônio, constitui o que se chama de rejeitos de alto nível. Isso se deve à própria natureza dos isótopos produzidos no reator, que, por terem meias-vidas muito longas, necessitam de reservatórios invólucros ou tonéis de um determinado tipo de material para evitar a contaminação do solo, da água e da atmosfera. A questão é que esses tipos de materiais resistentes e duráveis ainda não foram descobertos. Os programas de destino do lixo nuclear requerem maiores cuidados quanto à escolha dos locais em que esse lixo será depositado. Deve-se levar em consideração o tempo durante o qual ficará armazenado, uma vez que as meias-vidas dos materiais que o constituem são muito longas. Segundo os especialistas no assunto, ainda não há uma forma ideal para se tratar com absoluta segurança os rejeitos radioativos das usinas nucleares, principalmente se levarmos em conta que eles são responsáveis por 90% da radioatividade artificial. Provisoriamente, são usadas algumas técnicas para o armazenamento desses rejeitos; porém, elas não nos dão garantia de por quanto tempo os depósitos serão capazes de resistir. Escolha de locais sem falhas geológicas e sem a presença de abalos sísmicos. Perfuração de poços em rochas nos quais é introduzido o rejeito devidamente lacrado em tonéis de aço inoxidável ou de cobre de modo a resistirem por mais tempo à corrosão.

17 Cobertura dos poços com concreto e argila, que se mostra um bom material para isolamento em relação às emissões radioativas. VII. Nucleossíntese Em 1929, o astrônomo americano Edwin Hubble, ao estudar a luz emitida pelas estrelas, constatou que elas estão se afastando de nós, contrariando o que se pensava até então. Concluiu que vivemos não em um universo estático, mas sim em expansão. Ao se observar que as galáxias estão se afastando umas das outras, somos levados a crer que, no passado, elas estariam bem próximas e que toda a matéria e a energia existentes no universo estariam concentradas em um só lugar. Em 1946, o cientista Guiorgui Camov propôs a teoria da grande explosão, o big-bang, sugerindo que o universo teria nascido há 15 bilhões de anos a partir de uma concentração de matéria extremamente quente e densa, num espaço infinitesimal. Teoricamente, esse início seria estabelecido como a origem do tempo e do universo e justificaria a expansão das galáxias. A grande diversidade de substâncias em nosso ambiente deve-se à formação dos elementos químicos a partir da matéria liberada durante o big-bang. A síntese desses elementos ou nucleossíntese é entendida hoje pelos cientistas em termos de reações nucleares. Na constituição de um modelo de nucleossíntese, a evolução cosmológica deve ser consistente com o observado nas matérias que compõem o universo.

18 (BIANCHI et al - Universo da Química) VII. A Nucleossíntese Cosmológica Logo após a grande explosão, prótons e nêutrons combinaram-se para formar núcelos mais complexos sob forças de atração nuclear. Depois, os nêutrons se desintegraram em prótons (p), elétrons (e - ) e neutrinos ( ν ):

19

20 Átomos de hidrogênio se convertendo em hélio e outras variações são possíveis, dependendo da temperatura e da composição do interior da estrela. A energia liberada por grama de hidrogênio na formação de hélio é cerca de J, vinte milhões de vezes maior que a energia produzida na queima de um grama de carbono. VI.5. Estrelas Vermelhas Gigantes Quando uma estrela mostra-se velha, ela passa a apresentar duas camadas distintas: um interior constituído do hélio produzido pela fusão nuclear e uma região mais externa constituída basicamente do hidrogênio que não reagiu. Na região compreendida entre o interior da estrela e a camada mais externa, as fusões nucleares continuam e as reações entre núcleos de hélio dão origem a novos elementos, como o lítio, o berílio e o boro. Estes, tão logo são formados, se desintegram pela elevada temperatura de alguns milhões de graus. Essa é a razão pela qual existe pequena quantidade desses elementos no universo. Se a massa da estrela for suficientemente grande, a força gravitacional fará seu interior começar a se contrair, aumentando substancialmente a temperatura e a densidade. Isso faz com que a parte mais externa da estrela se expanda demais, dando origem a um novo estágio, chamado fase de gigante vermelha.

21 As estrelas que não possuem massa suficiente para atingir o estágio de gigante vermelha acabam consumindo todo o hidrogênio combustível que possuem e não passam por essa etapa evolutiva. Elas se tornam então anãs brancas, o último estágio evolutivo de uma estrela de pequeno porte, representando o seu fim. Durante a fase de gigante vermelha, um novo tipo de reação torna-se possível: elementos mais pesados, como o carbono e o oxigênio, são agora produzidos a partir do hidrogênio e do hélio, podendo a estrela assim permanecer por dezenas de milhões de anos. VI.6. Nucleossíntese Explosiva – Estrelas de Grande Massa Passada a fase de gigante vermelha, as estrelas apresentam um novo interior, agora contendo principalmente carbono e oxigênio, e uma camada externa de hidrogênio e hélio. Sob essas condições surgem novas reações nucleares que ocorrem rapidamente, envolvendo fusões entre o carbono e o oxigênio e formando elementos como o silício, o neônio e o magnésio. Grande parte do núcleo da estrela agora é constituído de silício. Porém, com grande variedade de reações nucleares que podem acontecer, torna-se possível o avanço evolutivo das estrelas. Esse processo continua sequencialmente e forma elementos químicos com número de massa 32, 36, 40, 44, 48, 52 e 56, que são extraordinariamente abundantes no Universo. Devido à grande variedade de matéria no interior das estrelas, outros núcleos também são produzidos, só que em quantidades menores. A sequência de reações nucleares para perto do número de massa 56, o ferro, que representa o núcleo natural mais estável.

22 VI.7. Produção de Elementos Pesados O acúmulo de elementos com massas próximas à do ferro no interior de estrelas com massas dez vezes maiores que a do Sol cria situações catastróficas. A força gravitacional em seu interior provoca o aumento da densidade e da temperatura, gerando grande instabilidade em um curto espaço de tempo. Esse rápido aquecimento seguido de uma maciça onda de colisões leva a estrela à explosão num processo conhecido como supernova. A grande quantidade de nêutrons formados no interior das estrelas não possui carga elétrica e pode interagir com processos nucleares anteriores, sem a repulsão eletromagnética que inibe as colisões de partículas eletricamente carregadas. Esse processo enriquece a diversidade de núcleos pesados. Os elementos mais pesados que o ferro até hoje encontrados podem ter sido formados de duas maneiras: na superfície de gigantes vermelhas ou na explosão de uma supernova. Muitos dos destroços dessas explosões lançados ao espaço foram coletados por campos de pequena massa, como a Terra e os demais planetas, que estão em órbita de outras estrelas. Seguindo a proposição do mecanismo da morte de uma estrela, podemos, até hoje, identificar 90 tipos de elementos químicos naturais em nosso planeta. Por esse motivo, é comum se ouvir falar que as estrela são fábricas de átomos.


Carregar ppt "Aula : Radioatividade II Crede em Deus, crede também em mim. Há muitas moradas na casa de meu Pai."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google