Energia Nuclear no Brasil

Apresentação em tema: "Energia Nuclear no Brasil"— Transcrição da apresentação:

1 Energia Nuclear no Brasil

2 O que é energia nuclear. Reatores Nucleares. Enriquecimento de Urânio. Reator Nuclear de Angra. Segurança Nuclear Bibliografia.

3 1. O que é Energia Nuclear. 1.1 Modelos Atômicos.
Consistente com o eletromagnetismo. Modelo do Pudim de Passas Experimento de Rutheford: Rutherford found that although the vast majority of particles passed straight through the foil approximately 1 in 8000 were deflected leading him to his theory that most of the atom was made up of 'empty space'. E AGORA ?

4 1. O que é Energia Nuclear. 1.1 Modelos Atômicos.
Ernest Rutherford publishes his atomic theory describing the atom as having a central positive nucleus surrounded by negative orbiting electrons. This model suggested that most of the mass of the atom was contained in the small nucleus, and that the rest of the atom was mostly empty space. Oras, para os átomos não se desfazerem deve então existir um novo tipo de força: na realidade duas forças que chamaremos de nucleares. Como as forças nucleares impedem que o núcleo se quebre e equilibram uma forte repulsão elétrica, elas devem ser poderosíssimas - de fato, a força nuclear entre dois prótons próximos um do outro é cerca de de vezes maior que a repulsão elétrica.

5 1. O que é Energia Nuclear. 1.1 Modelos Atômicos.
Mesmo com a ajuda de neutrons é difícil manter os núcleos unidos. Por isso não há elementos estáveis na natureza mais pesados que o urânio. E o urânio tem um número bem maior de neutrons do que prótons.

6 1. O que é Energia Nuclear. 1.1 Modelos Atômicos.
Another factor affecting the stability of a nucleus is whether the number of protons and neutrons is even or odd. Among the 354 known stable isotopes, 157 (almost half) have an even number of protons and an even number of neutrons. Only five have an odd number of both kinds of nucleons. In the universe as a whole (with the exception of hydrogen) we find that the even-numbered elements are almost always much more abundant than the odd-numbered elements close to them in the periodic table. The number of neutrons plotted against the number of protons for all the stable nuclei. Note how the neutron/proton ratio increases for the heavier elements.

7 1. O que é Energia Nuclear. 1.1 Modelos Atômicos.
Finally there is a particular stability associated with nuclei in which either the number of protons or the number of neutrons is equal to one of the so-called "magic" numbers 2, 8, 20, 28, 50, 82, and 126. These numbers correspond to the filling of shells in the structure of the nucleus. These shells are similar in principle but different in detail to those found in electronic structure. Of particular stability, and also of high abundance in the universe, are nuclei in which both the-number of protons and the number of neutrons correspond to magic numbers. Examples are 24He, 168O, 4020Ca, and 20882Pb.

8 1. O que é Energia Nuclear. 1.2 Fissão Nuclear
Urânio-235 e Urânio-238 Comissão Nacional de Energia Nuclear Apostila educativa Energia Nuclear O urânio-235 é um elemento químico que possui 92 prótons e 143 nêutrons no núcleo. Sua massa é, portanto, = 235. Além do urânio-235, existem na natureza, em maior quantidade, átomos com 92 prótons e 146 nêutrons (massa igual a 238). São também átomos do elemento urânio, porque têm 92 prótons, ou seja, número atômico 92. Trata-se do urânio-238, que só tem possibilidade de sofrer fissão por nêutrons de elevada energia cinética (os nêutrons “rápidos”). Já o urânio-235 pode ser fissionado por nêutrons de qualquer energia cinética, preferencialmente os de baixa energia, denominados nêutrons térmicos (“lentos”). A quantidade de urânio-235 na natureza é muito pequena: para cada átomos de urânio, 7 são de urânio-235 e 993 são de urânio-238 (a quantidade dos demais isótopos é desprezível). Para ser possível a ocorrência de uma reação de fissão nuclear em cadeia, é necessário haver quantidade suficiente de urânio-235, que é fissionado por nêutrons de qualquer energia, como já foi dito.

9 1. O que é Energia Nuclear. 1.2 Fissão Nuclear
The first time that nuclear fission was achieved in the laboratory was by the Italian physicist Enrico Fermi (1901 to 1954) in Fermi was among the first to use theneutron in nuclear reactions, following its discovery by Chadwick in 1932.  Se todos os núcleos em 1 Kg de Urânio 235 se desintegrarem em elementos mais estáveis, a energia produzida será mais de um milhão de vezes maior que a liberada na queima de 1 kg de petróleo ou carvão. Detalhe: a probabilidade de um neutron de um feixe aplicado sobre o urânio atingir um átomo de urânio é bem pequena. Mas:

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Nas primeiras bombas bastou “queimar” 4 ou 5 Kg de urânio para obter o efeito explosivo equivalente a toneladas de nitroglicerina.

12 2.Reatores Nucleares Bomba = liberação instantânea de grande quantidade de energia. Reator = talvez a mesma quantidade de energia, mas liberação lenta.

13 2.Reatores Nucleares Como já foi visto, a fissão de cada átomo de urânio-235 resulta em 2 átomos menores e 2 a 3 nêutrons, que irão fissionar outros tantos núcleos de urânio-235. A forma de controlar a reação em cadeia consiste na eliminação do agente causador da fissão: o nêutron. Não havendo nêutrons disponíveis, não pode haver reação de fissão em cadeia.

14 2.Reatores Nucleares 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.

15 2.Reatores Nucleares A grande aplicação do controle da reação de fissão nuclear em cadeia é nos Reatores Nucleares, para geração de energia elétrica.

16 2.Reatores Nucleares Um Reator Nuclear, para gerar energia elétrica, é construído de forma a ser impossível explodir como uma bomba atômica. Primeiro, porque a concentração de urânio-235 é muito baixa (cerca de 3,2%), não permitindo que a reação em cadeia se processe com rapidez suficiente para se transformar em explosão. Segundo, porque dentro do Reator Nuclear existem materiais absorvedores de nêutrons, que controlam e até acabam com a reação em cadeia, como, por exemplo, na “parada” do Reator.

17 2.Reatores Nucleares

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20 3.Enriquecimento de Urânio
Nos Reatores Nucleares do tipo PWR, é necessário haver a proporção de 32 átomos de urânio-235 para 968 átomos de urânio-238, em cada grupo de átomos de urânio, ou seja, 3,2% de urânio-235. O urânio encontrado na natureza precisa ser tratado industrialmente, com o objetivo de elevar a proporção (ou concentração) de urânio-235 para urânio-238, de 0,7% para 3,2%. Para isso deve, primeiramente, ser purificado e convertido em gás.

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22 4.Reator Nuclear de Angra

23 4.Reator Nuclear de Angra
As participações de Angra 1 e 2 na geração de energia no país, em 2003, foram de 1,2% e 3% respectivamente, enquanto as usinas termelétricas responderam por 7,2%, as hidrelétricas por 77,4% e a parte importada por 11,2% . Embora a participação da energia nuclear seja pequena em termos globais, deve ser considerado que ela provém de apenas duas usinas. Só Angra 2, que é a de maior capacidade instalada (1.350 MWe), gerou ,5 GWh em 2001 e, segundo a publicação Nucleonics Week(2002), foi a 16ª usina nuclear mais produtiva do mundo, tendo atingido mais de 32 milhões de MWh ao final de 2003.

24 4.Reator Nuclear de Angra
Um reator nuclear do tipo do que foi construído (Angra 1) e do que está em fase de construção (Angra 2) é conhecido como PWR (Pressurized Water Reactor = Reator a Água Pressurizada), porque contém água sob alta pressão. O urânio, enriquecido a cerca de 3,2% em urânio-235, é colocado, em forma de pastilhas de 1 cm de diâmetro, dentro de tubos (“varetas”) de 4m de comprimento, feitos de uma liga especial de zircônio, denominada “zircalloy”.

25 4.Reator Nuclear de Angra

26 4.Reator Nuclear de Angra

27 4.Reator Nuclear de Angra
Os reatores de Angra dos Reis são reatores a água pressurizada (PWR), ou seja, são reatores que empregam água como refrigerante e moderador. O moderador funciona diminuindo a velocidade dos nêutrons liberados durante a reação de fissão do 235U, aumentando a probabilidade de sua captura por outros núcleos de 235U e mantendo o reator em funcionamento. Uma das vantagens desse tipo de reator é que o aquecimento excessivo da água em seu interior diminui o aproveitamento. Isso ocasiona uma redução da frequência de ocorrência de novas fissões, fazendo a temperatura da água também diminuir, evitando uma elevação contínua e, consequentemente, um acidente nuclear.

28 O Vaso de Pressão contém a água de refrigeração do núcleo do reator (os elementos
combustíveis). Essa água fica circulando quente pelo Gerador de Vapor, em circuito, isto é, não sai desse Sistema, chamado de Circuito Primário. Angra 1 tem dois Geradores de Vapor; Angra 2 terá quatro. A água que circula no Circuito Primário é usada para aquecer uma outra corrente de água, que passa pelo Gerador de Vapor.

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30 4.Reator Nuclear de Angra
Independência entre os sistemas de refrigeração A independência entre o Circuito Primário e o Circuito Secundário tem o objetivo de evitar que, danificando-se uma ou mais varetas, o material radioativo (urânio e produtos de fissão) passe para o Circuito Secundário. É interessante mencionar que a própria água do Circuito Primário é radioativa.

31 5. Segurança Nuclear

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34 5. Segurança Nuclear

35 5. Segurança Nuclear

36 6.Bibliografia Livro: O que é Energia Nuclear – José Goldemberg. Coleção Primeiros Passos, Editora Brasiliense, sexta edição, 1980.