2592 - HISTÓRIA DA ENERGIA NUCLEAR

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A história da energia Nuclear Parte I
26/07/2010 E.M.Pinto Deixar um comentário Ir para os comentários


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Eduardo Nicácio para o Plano Brasil




Introdução

Energia nuclear é a energia liberada numa reação nuclear, ou seja, em processos de transformação de núcleos atômicos. 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 a finalidade de aproveitar a energia nuclear, convertendo o calor emitido na reação em energia elétrica. Isso pode acontecer controladamente em um reator nuclear ou descontroladamente em uma bomba atômica. Em outras aplicações, aproveita-se da radiação ionizante emitida.


Este trabalho visa descrever o histórico da energia nuclear no mundo, desde a descoberta da radioatividade, passando pelos diversos tipos de aplicação dessa tecnologia e fechando com o histórico do Programa Nuclear Brasileiro.


Buscamos, também, demonstrar através de números, gráficos e tabelas, a importância que esse tipo de geração de energia terá em um mundo que busca limitar suas emissões de carbono, devido ao Aquecimento Global.


Por último, mas não menos importante: procuraremos dar uma pequena introdução sobre os planos (nacionais e internacionais) para o futuro, como novas tecnologias de reatores; a conversão de urânio altamente enriquecido, usado em milhares de ogivas nucleares em desativação, em combustível nuclear; e o Santo Graal do futuro energético da humanidade, a Fusão Nuclear, processo responsável pelo brilho das estrelas.




História da Energia Nuclear Parte I





Radioatividade




Definição

Por definição, temos as seguintes definições para Radioatividade e Radiação encontradas no Dicionário Aurélio:





Radioatividade

“Propriedade de certos elementos químicos (rádio, urânio etc.) de transformar-se espontaneamente em outros elementos, emitindo uma radiação eletromagnética.”





Radiação

“Emissão de raios, de partículas.”

“Elemento constitutivo de uma onda luminosa ou eletromagnética: radiação infravermelha, ultravioleta.”

“Transmissão de energia pelo espaço.”

“Transmissão do som através da matéria etc.”

“Radiação solar, energia emitida pelo Sol, uma parte da qual é absorvida ao nível da camada de ozônio da estratosfera e outra atinge a troposfera.”


Desta forma, fica claro que há uma diferenciação entre estes dois termos que muitas vezes são utilizados de forma errônea.






Conceitos iniciais

Para o correto entendimento e explicação da história da Radioatividade, é necessário que alguns conceitos iniciais, como a composição do átomo, por exemplo, sejam relembrados. A imagem ao lado elucida este ponto.





















Histórico da Radioatividade




Tubos de Raios Catódicos


Após a descoberta da teoria do átomo, foi em um tubo de raios catódicos que, em 1897, o físico


J. J. Thompson verificou a existência do elétron.
A construção do tubo de raios catódicos e a descoberta dos chamados raios catódicos (elétrons na verdade) desencadearam o início da descoberta de uma nova área da física: a Radioatividade.


Sua maior aplicação foi (e ainda é em alguns casos) em aparelhos de TV convencionais.














Raios X



Wilhem Conrad Röntgen

Percebendo a propriedade que estes raios tinham de atravessar materiais de densidade relativamente baixa, ele começou a realizar experiências com chapas fotográficas e descobriu que poderia usá-las para produzir fotos que eram sombras do interior dos objetos.


Röntgen havia descoberto os Raios X (ele utilizou este nome, pois a princípio não sabia se eram ondas ou partículas), um fato que revolucionou os campos da Física e da Medicina. Por sua descoberta recebeu o primeiro Prêmio Nobel em Física, em 1901.


Mais tarde, os raios-X foram identificados como sendo uma radiação eletromagnética da mesma natureza que a luz visível, só que com freqüências muitos mais elevadas (carregadas por partículas chamadas fótons).






Pesquisas Adicionais – Academia Francesa de Ciências



Henri Poincaré.

Em 20 de janeiro de 1896, semanas depois de Röntgen ter feito sua descoberta, Henri Poincaré fez um relatório sobre os Raios X para a Academia Francesa de Ciências. Além de sua explicação sobre os raios X, estavam algumas observações referentes a fosforescências estranhas que ele observou. Este fenômeno interessou Henri Becquerel.




















Henri Becquerel – Substâncias Fosforescentes



Henri Becquerel

Com esta idéia, ele iniciou suas investigações utilizando um composto à base de Urânio.


Colocando o composto sobre uma chapa fotográfica, Becquerel exponha-os ao Sol por um período e, então, revelava a chapa. Assim, constatou que este material afetava a chapa de forma similar aos raios X. Mas as investigações adicionais, de 26 e 27 de fevereiro, foram adiadas por causa do céu nublado de Paris e o Urânio, que Becquerel pretendia expor ao Sol, foi colocado em um envelope que ficou sobre a chapa dentro de uma gaveta.

No primeiro dia de março, ele revelou a chapa fotográfica com a expectativa de obter uma imagem fraca e, para sua surpresa, a imagem foi clara e forte. Isto significou que o Urânio emitia radiação sem a necessidade de uma fonte de energia do tipo do Sol.


Becquerel havia descoberto a espontânea emissão de radiação vinda de um material em busca de estabilidade atômica, posterior definição de Radioatividade.


Depois, Becquerel demonstrou que a radiação emitida pelo Urânio compartilhava certas características como os raios X. Porém não era como os raios X, pois podia ser desviado por um campo magnético e, por essa razão, deveria ser composto por partículas carregadas.


Por sua descoberta, Becquerel foi, em 1903, gratificado com um Prêmio Nobel em Física. Porém, não foi Becquerel quem deu esse nome ao fenômeno nem que explicou a sua origem.







Marie Sklodowska-Curie




Marie Sklodowska-Curie .




Até que, ao iniciar os estudos para obter seu doutorado, Marie Sklodowska-Curie interessou-se pelo fenômeno observado por Becquerel.


A relativa negligência de Becquerel com relação aos raios foi uma das razões que fizeram Marie Curie decidir estudá-los, além de ser um excelente assunto para ser apresentado como tese de doutorado.


Marie e seu marido, Pierre, souberam desta estranha emanação e que ela ionizava o ar à volta do material. Sendo Pierre um mecânico talentoso, que preferia fazer sua própria aparelhagem, desenvolveram um método com o qual poderiam medir o quanto era radioativo uma amostra de material com relação a outra.







Ernest Rutherford








Ernest Rutherford
Através de seus trabalhos, Marie e Pierre descobriram e divulgaram a radioatividade de determinados materiais. Com esta descoberta muitas pessoas se interessaram pelas pesquisas neste campo. Dentre estas pessoas, estava Ernest Rutherford, pupilo de J. J. Thompson.


Em seu primeiro ensaio escrito, Rutherford observou que as substâncias radioativas têm alto peso atômico e sua radioatividade parece ser independente de estados químicos (implicando atividade em altos níveis).


Para compreender a explicação de Rutherford sobre a radioatividade, era preciso um salto de imaginação muito grande com relação a qualquer uma das duas explicações já existentes.


Radioatividade é uma manifestação da desintegração dos núcleos atômicos. Quando o elemento rádio emite radiação, está enviando partículas subatômicas: minúsculos elétrons e partículas um pouco maiores com cargas positivas, que hoje sabemos serem núcleos de hélio, bem como raios gama (onda eletromagnética de comprimentos de onda muito mais curtos do que a luz visível).


Todos os elementos mais pesados, com se verifica, são inerentemente instáveis e se acham em contínua transmutação. Um átomo de urânio ou rádio repetidamente altera a si mesmo, algumas vezes após segundos ou minutos e, em outras vezes, após milhares de anos. Agora chamamos este processo de “decadência” e temos um conhecimento detalhado de cadeias de decadência.


Com o avanço das pesquisas E. Rutherford descobriu as radiações alfa e beta, o que foi fundamental para a descoberta do seu modelo atômico em 1911, iniciando uma teoria que serviu como base para a explicação dos fenômenos radioativos.


Por suas investigações na desintegração dos elementos e a química das substâncias radioativas, Ernest Rutherford recebeu, em 1908, um prêmio Nobel de Química.

Conceitos Específicos

Assim, após este histórico, chegou-se a definição que Radioatividade é a desintegração espontânea de núcleos atômicos mediante a emissão de partículas subatômicas chamadas partículas alfa e partículas beta e de radiações eletromagnéticas denominadas raios X e raios gama.





Partículas alfa

São agrupamentos de dois prótons e dois nêutrons emitidos do núcleo de alguns elementos.









Partículas beta

São elétrons de alta energia emitidos de núcleos atômicos num processo conhecido como decaimento beta.






Radioatividade é também conseguida com a desintegração “não” espontânea de núcleos atômicos mediante o bombardeamento de partículas com Nêutrons (Fissão) ou mediante fusão com outros elementos.



Físsão Nuclear
Fusão Nuclear


A Fissão nuclear é a divisão do núcleo de um átomo em dois núcleos menores, com liberação de grande quantidade de energia. É este fato que levou muitos engenheiros e cientistas a iniciar projetos para o desenvolvimento de reatores de fusão para gerar eletricidade.


Dentro deste conceito, uma grande mente surge para contribuir com a evolução e a utilização desta energia: Albert Einstein e sua equação E = mc².

Elementos radioativos

A radioatividade é um fenômeno natural ou artificial, pelo qual algumas substâncias ou elementos químicos, chamados radioativos, são capazes de emitir radiações, as quais têm a propriedade de impressionar placas fotográficas, ionizar gases, produzir fluorescência, atravessar corpos opacos à luz ordinária, etc. As radiações emitidas pelas substâncias radioativas são principalmente partículas alfa, partículas beta e raios gama. A radioatividade é uma forma de energia nuclear, usada em medicina (radioterapia), e consiste no fato de alguns átomos como os do urânio, rádio e tório serem “instáveis”, perdendo constantemente partículas alfa, beta e gama (raios-X). O urânio, por exemplo, tem 92 prótons, porém através dos séculos vai perdendo-os na forma de radiações, até terminar em chumbo, com 82 prótons estáveis.


A radioatividade pode ser:


Radioatividade natural ou espontânea: É a que se manifesta nos elementos radioativos e nos isótopos que se encontram na natureza e poluem o meio ambiente.
Radioatividade artificial ou induzida: É aquela que é provocada por transformações nucleares artificiais.

Dentre os metais naturalmente radioativos, podemos destacar os seguintes:


Rádio – Metal de símbolo Ra, número atômico 88, massa atômica 226,05, descoberto em 1898 por P. e M. Curie, é dotado de intensa radioatividade. O rádio é um metal alcalino terroso, que funde a 700 °C. Muito raro na natureza, é extraído da pechblenda. Desintegra-se com uma vida média de 1620 anos, produzindo uma emanação gasosa de hélio e de radônio. Esse último, também radioativo, transmuta-se no polônio que, por uma série de novas desintegrações, conduz finalmente ao chumbo 206. As radiações alfa, beta e gama emitidas pelo rádio são dotadas de grande poder bactericida e sua ação fisiológica acarreta a destruição dos tecidos e a suspensão da mitose, donde diversas aplicações terapêuticas (curieterapia).


Tório – Metal raro de símbolo Th, número atômico 90, massa atômica 232,038, branco, cristalino, de densidade 12,1g/cm³, e que funde a 1700°C, aproximadamente. Estudos recentes demonstraram que o poder energético das reservas mundiais de tório é superior ao poder energético de todas as reservas de urânio, carvão, petróleo e gás natural juntas. A tabela abaixo mostra as atuais oito maiores reservas de tório do mundo.






País Reservas de Tório (Ton) Reservas base de Tório (Ton)
Austrália 300.000 340.000
Índia 290.000 300.000
Noruega 170.000 180.000
Estados Unidos 160.000 300.000
Canadá 100.000 100.000
África do Sul 35.000 39.000
Brasil 16.000 18.000
Malásia 4.500 4.500
Outros países 90.000 100.000
Total Mundial 1.200.000 1.400.000



Já esta outra tabela mostra dados de acordo com a OECD, “Trends in Nuclear Fuel Cycle“, Paris, France (2001):


País Reservas

confirmadas (ton)
Reservas adicionais

Estimadas (ton)

Brasil 606,000 700,000
Turquia 380,000 500,000
Índia 319,000 —
Estados Unidos 137,000 295,000
Noruega 132,000 132,000
Groenlândia 54,000 32,000
Canadá 45,000 128,000
Austrália 19,000 —
África do Sul 18,000 —
Egito 15,000 309,000
Outros países 505,000 —
Total mundial 2,230,000 2,130,000


Devemos observar que, até o ano de 2009, o Brasil havia prospectado apenas 25% do seu território em busca de jazidas de minerais radioativos, em especial, urânio e tório. O país aparece no 1º e 6º lugares como detentor das maiores jazidas mundiais de tório e urânio, respectivamente.


Urânio – Metal de símbolo U, número atômico 92, massa atômica 238,07, e densidade de 18,7g/cm³, extraído do óxido de urânio. Último elemento natural da classificação periódica, o urânio foi isolado em 1841 por Péligot. Trata-se de um sólido cinza-ferro, que funde a 1800°C e se oxida facilmente. O óxido uranoso, ou urano, UO2, é um sólido negro, de propriedades básicas, a que correspondem os sais ufanosos, verdes.


O anidrido urânico, UO3, alaranjado, é anfótero e produz, em reação com os ácidos, sais de uranila (pois contém o radical UO2). Tais sais são amarelos e dotados de fluorescência verde. O UO3 dá também, ao reagir com as bases, os uronatos, como o Na2UO4; este, incorporado ao vidro, resulta no vidro de urânio, que se torna fosforescente sob a ação de raios ultravioletas.


O minério de urânio mais importante é a pechblenda, ou uraninita, U3O8. Existem, todavia, muitos outros, que vêm sendo ativamente extraídos.


Foi no urânio que Henri Becquerel descobriu a radioatividade. O produto natural é uma mistura de três isótopos, entre os quais o U238, mais abundante, gerador da família do rádio, e o U235, gerador da família do actínio. Sob a ação de nêutrons, o urânio 238 pode transformar-se em plutônio, e o urânio 235 pode sofrer fissão nuclear.


Em virtude da baixa concentração do urânio em seus diversos minérios (em geral menos de 1%), os tratamentos metalúrgicos compreendem inicialmente uma concentração física e, depois, uma concentração química dos sais de urânio. Após a purificação do concentrado, o metal é elaborado, a partir do tetrafluoreto, por redução metalotérmica pelo magnésio ou pelo cálcio. É afinado por refusão a vácuo antes de enformado e tratado termicamente. O urânio é utilizado, sobretudo, como combustível nos reatores nucleares (barras, tubos, anéis); seja em estado puro, seja em liga como o molibdênio, ou ainda em compostos refratários (óxido, carboneto). Pode também ser enriquecido num isótopo físsil, principalmente pelo processo seletivo da difusão gasosa do hexafluoreto através de paredes porosas, ou pelo processo de ultracentrifugação. A tabela abaixo mostra os países com as maiores reservas de urânio conhecidas.

Reservas atuais em Toneladas de U3O8



Cazaquistão 957.000
Austrália 910.000
África do Sul 369.000
Estados Unidos 355.000
Canadá 332.000
Brasil 309.000
Namíbia 287.000
Total Mundial 4.416.000
* Fonte: Brasil. MCT






Polônio – Metal de símbolo Po, radioativo, de número atômico 84, massa atômica 210, que acompanha geralmente o rádio.

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Referências Bibliográficas




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ANGELO, CLAUDIO; GARCIA, RAFAEL. Brasil projeta super-reator nuclear. Disponível em: http://www1.folha.uol.com.br/folha/ciencia/ult306u574275.shtml. Acessado em 28/04/2010.


CARDOSO, ELIEZER de M. Aplicações da Energia Nuclear. Disponível em:

http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/aplica.pdf. Acessado em 11/03/2010.


CARDOSO, ELIEZER de M. Radioatividade. Disponível em: http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/radio.pdf. Acessado em 11/03/2010.


CNEN, COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR. Licenciamento, Fiscalização e Descomissionamento. Disponível em: http://www.cnen.gov.br/lapoc/tecnica/licfisc.asp. Acessado em 28/04/2010.


COMCIENCIA.COM. Tabela comparativa das fontes de energia. Disponível em:

http://www.comciencia.br/reportagens/nuclear/nuclear20.htm. Acessado em 12/03/2010.


DANTAS, VERA. Um novo horizonte para a INB. Revista Brasil Nuclear, ano 14, num. 33. Disponível em: http://www.aben.com.br/html/topico.php?Cd_Revista_Topico=99. Acessado em 15/03/2010.


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Estado de São Paulo, O. Especiais: O programa nuclear brasileiro. Disponível em: http://www.estadao.com.br. Acessado em 12/03/2010.


GLOBO, O. Brasil cede operação de estaleiro. Disponível em: http://oglobo.globo.com/pais/mat/2009/09/04/brasil-cede-operacao-de-estaleiro-odebrecht-tera-50-das-cotas-estatal-francesa-49-767487254.asp. Acessado em 02/04/2010.


GONÇALVES, ODAIR D. Programa Nuclear Brasileiro: passado, presente e futuro. Disponível em: https://sistema.planalto.gov.br/siseventos/viienee/exec/arquivos/ANAISVIIENEE_INTERNET/03CIENCIAETECNOLOGIA/MESA35PROGRAMASNACIONAIS/MESA35APRESENTACOES/OdairNuclear.pdf. Acessado em 20/03/2010.


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Marinha do Brasil. Programa Nuclear da Marinha. Disponível em:

http://www.mar.mil.br/pnm/pnm.htm. Acessado em 16/03/2010.


Nuclear Tecnologia e Consultoria. A Energia Nuclear no Brasil. Disponível em: http://www.nuctec.com.br/educacional/enbrasil.html. Acessado em 15/03/2010.


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CategoriasCiência, Energia, História, tecnologia One blogger likes this post
Comentários (9) Trackbacks (1) Deixar um comentário Trackback

ademar 26/07/2010 às 15:54 | #1 Citar O homem liberou a força do atomo, de certa forma perdeu o controle, e hoje morre de medo de ser destruido por ele.

Lucasu 26/07/2010 às 16:36 | #2 Citar Parabéns Edu, matéria muito bem escrita.
Estamos a disposição.

Grande abraço, Lucasu.

Raptor 26/07/2010 às 16:46 | #3 Citar Parabéns Nobre colega!

Ótima matéria.

Abraços.

Francoorp 26/07/2010 às 17:20 | #4 Citar Parabéns ao colega, excelente matéria, e devo dizer que o nível do Blog sò esta aumentando!!

Pra mim já é a primeira fonte de informação de manhã, de tarde e de noite, e estou falando sério!

Armando Rozario 26/07/2010 às 19:00 | #5 Citar Flashpoints for Global (Nuclear?) War – por Giordano Bruno – 10 de Junho de 2010

http://neithercoro.us/npress/?p=556

Armando Rozario 26/07/2010 às 19:03 | #6 Citar http://neithercorp.us/npress/?p=556

carlos argus 26/07/2010 às 19:39 | #7 Citar É o mundo nunca + foi o mesmo, Shiva ficou real, abriu-se a caixa de pandora…parabéns, a materia e excelente.

Edu Nicácio 26/07/2010 às 20:53 | #8 Citar Pessoal, obrigado pelas palavras e o incentivo. Estive quase o dia todo conversando com o Edilson e resolvemos dividir o material em 10 artigos a serem publicados nas próximas semanas, em três capítulos, a saber:

1 – História da Energia Nuclear
2 – Aplicações da Energia Nuclear
3 – O Programa Nuclear Brasileiro

Preciso adicionar mais algumas fontes (principalmente sobre os capítulos 1 e 2) e trazer mais imagens para ilustrar os artigos.

No mais, sintam-se livres para comentar, sugerir, criticar. Afinal, democracia é isso, e a informação está aí!

Agora, voltando ao texto, sabiam que o acordo nuclear inicial Brasil x EUA, na década de 1950, previa que os EUA poderiam levar milhares de toneladas de areia monazítica (rica em tório) em troca dos estudos para prospecção do nosso território? Pois é… Prospectamos apenas 25% do teritório e já saltamos para 6º lugar entre as maiores reservas de U3O8. E podemos avançar muito nisso aí, uma vez que temos metas a cumprir até 2030:

http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2010/05/brasil-preve-ampliar-energia-nuclear-entidade-pede-prospeccao-de-uranio.html

PS 1 – Segundo o texto acima, temos potencial adicional para mais 800 mil toneladas de U3O8 (totalizando 1,4 milhão de toneladas).

PS 2 – Temos reservas de tório de 1,3 milhão de toneladas (Uau!).

Só com urânio poderíamos abastecer 50 usinas como Angra 2 por quase 60 anos!!! Até 2070, com certeza o mundo estará adotando em massa a fusão nuclear, e o urânio será passado…

Grande abraço.

Edu Nicácio 26/07/2010 às 21:04 | #9 Citar Mais uma fonte:

http://ecen.com/seminario_clube_de_engneharia/30092004/pesquisas_uranio.pdf

Reparem na página 8 um mapa que mostra onde já prospectamos, e os índices encontrados. Quanto mais “rosa” no mapa, maior a concentração de urânio. Vejam o estado do Pará… Vejam também Roraima, Bahia e Minas Gerais…

Reparem também, na página 21, que ainda estamos longe de alcançar um pico no consumo de carvão e energia nuclear, ao contrário do petróleo, cujo esgotamento é previsto para os próximos 50 anos (já extraímos e consumimos cerca de 80 milhões de barris diariamente, sendo que os EUA respondem por quase 1/3 desse consumo).

Abraço.
28/07/2010 às 21:42 | #1 A história da energia Nuclear Parte II « PLANO BRASIL
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