ENERGIA NUCLEAR

Energia Nuclear
A energia do núcleo atômico pode se tornar disponível por dois processos principais:a fissão e a fusão.

Em 1939, os cientistas alemães Otto Hahn, Lise Meitner e Fritz Strassmann, bombardeando átomos de urânio com nêutrons, descobriram que eles se dividiam em dois fragmentos. A descoberta, chamada fissão nuclear, não teria saído dos limites estritos do laboratório não fosse pelo fato de que no processo de divisão do núcleo de urânio desprendia-se grande quantidade de calor.

As primeiras bombas atômicas produzidas pelos Estados Unidos e usadas na Segunda Guerra Mundial eram baseadas no princípio da fissão do átomo de urânio, que se transforma em chumbo. Já as bombas de hidrogênio, que vieram anos depois, eram baseadas na fusão de núcleos segundo o mesmo princípio observado no Sol, ou seja, átomos de hidrogênio fundindo-se entre si transformando-se em átomos de hélio. Para que essa fusão seja possível é necessária uma temperatura extremamente elevada. No caso das bombas, essa temperatura é obtida com a explosão inicial de uma bomba de fissão. Daí não se ter conseguido até hoje a fusão de forma controlada e não-explosiva. Por conseguinte, para geração de energia elétrica, as usinas nucleares continuam baseadas na fissão de núcleos de urânio.

Para que possamos entender o processo, precisamos saber de alguns mistérios do urânio. O urânio possui dois tipos de átomos (isótopos): o U235, que tem no seu núcleo 92 prótons e 143 nêutrons; e o U238, cujo núcleo é formado por 92 prótons e 146 nêutons. Todavia, apenas o U235 é capaz de sofrer fissão nuclear em cadeia quando bombardeado por nêutrons lentos.

O processo é mais ou menos assim: ao capturar um nêutron lento, o núcleo do átomo de U235 divide-se desprendendo energia e, com ela dois ou três nêutrons. Se, por sua vez, estes nêutrons forem capturados por outros átomos de U235, novas fissões se verificarão, aumentando rapidamente a quantidade de energia desprendida. Para que isso aconteça é preciso diminuir a velocidade dos nêutrons. Caso contrário, a maioria deles passará ao largo do núcleo atômico. Para diminuir a velocidade, provocam-se choques dos nêutrons com átomos leves de hidrogênio, deutério, berilo ou carbono. Desta forma, os nêutrons rápidos transformam-se em lentos ou térmicos. As substâncias formadas por átomos leves são chamadas de moderadoras.

Com a velocidade amortecida, os nêutrons vão provocar novas fissões em outros átomos de U235, que por sua vez darão origem a novos nêutrons, e assim por diante: é a reação em cadeia muito rápida, que sem controle causará uma grande explosão.

Entretanto, para aproveitamento útil do calor desprendido na fissão do átomo de maneira segura, é necessário poder variar ou estabilizar o número de fissões. Para tanto, alguns nêutrons devem ser absorvidos por átomos não fissionáveis, como os de boro e de cádmio, por exemplo. Este é o princípio básico de um reator nuclear. Desta forma, a energia atômica pode ser utilizada para fins pacíficos.

Átomo amigo
Uma classificação importante é a que divide os reatores em: reatores de pesquisa e reatores de potência.

Os reatores de pesquisa são em geral, de pequeno porte e se destinam, como o nome indica às experiências científicas. Como máquinas nucleares são mais baratos e mais fáceis de manejar do que os aceleradores de partículas. No Brasil, funcionam os reatores de pesquisa na Universidade de São Paulo, desde 1957 e o na Universidade Federal do Rio de Janeiro, desde 1965.

No campus da USP, o reator está subordinado ao IPEN - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares e é do tipo reator de piscina.

Esse reator trabalha com 14,4 kg de urânio, sendo 3,7 kg de U235, com enriquecimento que vão de 19,75% até 93,0%. Sua potência térmica é de 2 MW, e a sua piscina comporta 272 m3 de água.

O Ipen dispõe de um segundo reator, denominado Ipen/MB-01, inteiramente projetado e construído no Brasil, em conjunto com o Ministério da Marinha, e que entrou em funcionamento em 1988, com potência de 100 W e também se destina à pesquisa. A Marinha do Brasil dispõe também de um centro de pesquisas nucleares, denominado Centro Experimental de Aramar, localizado em Iperó-SP e destinado fundamentalmente ao desenvolvimento de uma usina-piloto de enriquecimento isotópico de urânio por ultracentrifugação; à construção de um reator atômico compacto para estudos voltados à criação de futuros reatores para propulsão naval e, ao desenvolvimento da mecânica de precisão necessária a esses projetos.

ANGRA I


Os reatores de potência são maiores e se destinam à produção de energia para a movimentação de navios, submarinos, usinas átomo-elétricas, etc. A primeira usina átomo-elétrica brasileira está situada na Praia de Itaorna, em Angra dos Reis, Rio de Janeiro. O programa nuclear brasileiro vive um paradoxo: gastou demais para ser desativado. Em novembro de 1976, o Brasil assinou um acordo na Alemanha com a empresa KWU, do grupo Siemens, para a construção de oito reatores nucleares. Em vinte e dois anos, nenhum ficou pronto. A usina Angra 2, em Angra dos Reis-RJ, consumiu 5,8 bilhões de dólares e requer mais 1,2 bilhão para ser concluída. As obras foram retomadas em março de 1996 e deverão acabar, diz-se, em 1999. No total, serão 7 bilhões de dólares por um reator de 1300 megawatts que pode ser adquirido pronto, hoje, por 1,5 bilhão de dólares.

Na praia de Itaorna, ao lado de Angra 2, jaz, quase sempre desligado, o reator de Angra 1, anterior ao acordo com a Alemanha. É um PWR-Westinghouse, uma espécie de Fusca 1967, comprado nos Estados Unidos naquele ano. Seu apelido é vaga-lume. Quando está ligado gera 650 megawatts e produz energia para o sistema elétrico Rio-São Paulo. Mas como o nome indica, vive piscando. Mais apagado que aceso. Tem um dos mais baixos índices de eficiência do mundo.

O grande inconveniente do processo de fissão está na produção de radiatividade e na contaminação radiativa do meio ambiente, com todas as conhecidas conseqüências para a vida dos seres humanos, animais e vegetais observadas em locais onde houve explosão de bombas atômicas.

O pesadelo de Chernobyl
Embora o processo de fissão seja rigorosamente controlado, existe risco de escape acidental de radiações nocivas, fato que se tem repetido em usinas de vários países, como a de Chernobyl, na ex-União Soviética, em 1986. O vulto da usina de Chernobyl domina o horizonte de Pripiat, onde não restou um habitante. Lá, energia nuclear é sinônimo de morte. Depois da explosão do reator número 4, na madrugada fatídica de 26 de abril de 1986, a radiação varreu tudo. A cidade foi abandonada e o acidente inutilizou uma área equivalente a um Portugal e meio, 140.000 quilômetros quadrados. Por centenas de anos.

A Europa despertou como se estivesse em um pesadelo. Itália, Alemanha, Suécia, Finlândia, Suíça, Holanda e Espanha deram marcha a ré nos programas nucleares e fecharam usinas. Para eles, o risco de um acidente igual era insuportável. Mas há usinas precárias nos antigos países socialistas que ainda ameaçam toda a vizinhança européia.

A solução, então, é fechar tudo ? Se depender do Canadá, do Japão ou da França, onde o reator nuclear é sinônimo de progresso, a resposta é não. Os franceses passam muito bem e 75% da energia no país vêm do átomo. Exportam usinas, reprocessam urânio, armazenam lixo radiativo e têm dois reatores de última geração. Tudo com a aprovação das pesquisas de opinião pública. "Virar as costas para o átomo é burrice", diz Jean Paul Chaussade, diretor de comunicação científica da Electricité de France (EDF). "O petróleo e o gás vão se esgotar em quarenta anos. Os combustíveis fósseis poluem mais e o impacto ambiental das hidroelétricas é muito maior. A alternativa atômica é cada vez mais barata e segura".

Em contrapartida, o programa nuclear brasileiro coleciona atrasos, multas, juros e erros como as fundações mal calculadas de Itaorna. "Angra 2 é um desses casos além do ponto de não retorno", diz o ex-ministro do Meio Ambiente, José Goldemberg. "Desistir significa assumir um prejuízo maior do que o necessário para concluir". Essa também é a opinião de Luiz Pinguelli Rosa, diretor da Coordenação de Programas de Pós-Graduação em Engenharia, da Universidade Federal do Rio de Janeiro: "Apesar do desperdício monstruoso de dinheiro, concluir Angra 2 tem alguma racionalidade."

Mas, se serve para Angra 2, o raciocínio não serve para Angra 3 que a Eletrobrás também pretende construir em Itaorna, sob o argumento de que 40% dos equipamentos já foram comprados.

Em 1990, o Brasil dispunha de 10 562 profissionais na área nuclear. Hoje tem 8 275. "Reina desânimo e desmotivação", diz o professor de Energia Nuclear José Carlos Borges, da UFRJ.

LIXO ATÔMICO
Ainda que fosse possível uma total segurança quanto a acidentes, restaria o grave problema do lixo atômico, isto é, da inevitável produção de uma grande quantidade de escórias radiativas, inerentes ao processo de fissão nuclear. Vários têm sido as soluções propostas para o isolamento do lixo atômico, mas, considerando-se o fato de que a produção de radiatividade nociva por esses resíduos se prolonga por milhares de anos, é absolutamente impossível garantir que os invólucros, por mais espessos e resistentes que sejam, não venham a se deteriorar ou ser violados.

Questões tecnológicas importantes, como essa, permanecem abertas. Até o direito básico da população de Angra à segurança está mal explicado. Para os críticos, o Plano de Evacuação da cidade em caso de acidente é uma ficção. Tem tudo para dar errado.

De qualquer forma, adotar tal sistema de geração de energia é assumir uma séria responsabilidade perante as gerações futuras.


Energia Nuclear
Diferentes definições
É a energia liberada quando ocorre a fissão dos átomos. Num reator nuclear ocorre em uma seqüência multiplicadora conhecida como "reação em cadeia".

Energia de um sistema derivada de forças coesivas que contêm protons e neutrons juntos como o núcleo atômico.

É a quebra, a divisão do átomo, tendo por matéria prima minerais altamente radioativos, como o urânio.

Os prótons têm a tendência de se repelirem, porque têm a mesma carga (positiva). Como eles estão juntos no núcleo, comprova-se a realização de um trabalho para manter essa estrutura, implicando, em conseqüência, na existência de energia no núcleo dos átomos com mais de uma partícula. A energia que mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo é a ENERGIA NUCLEAR.

Alguns isótopos de certos elementos apresentam a capacidade de, através de reações nucleares, emitirem energia durante o processo. Baseia-se no princípio que nas reações nucleares ocorre uma transformação de massa em energia. A reação nuclear é a modificação da composição do núcleo atômico de um elemento podendo transformar-se em outro ou outros elementos. Esse processo ocorre espontaneamente em alguns elementos; em outros deve-se provocar a reação mediante técnicas de bombardeamento de neutrons ou outras.

A energia que o núcleo do átomo possui, mantendo prótons e nêutrons juntos, denomina-se energia nuclear. Quando um nêutron atinge o núcleo de um átomo de urânio-235, dividindo-o com emissão de 2 a 3 nêutrons, parte da energia que ligava os prótons e os nêutrons é liberada em forma de calor. Este processo é denominado fissão nuclear.

Existem duas formas de aproveitar a energia nuclear para convertê-la em calor: A fissão nuclear, onde o núcleo atômico se subdivide em duas ou mais partículas, e a fusão nuclear, na qual ao menos dois núcleos atômicos se unem para produzir um novo núcleo.

A energia nuclear provém da fissão nuclear do urânio, do plutônio ou do tório ou da fusão nuclear do hidrogênio. É energia liberada dos núcleos atômicos, quando os mesmos são levados por processos artificiais, a condições instáveis.

Todos os materiais são formados por um número limitado de átomos, que, por sua vez, são caracterizados pela carga elétrica de seu núcleo e simbolizados pela letra Z. Em física, a descrição adequada do átomo para a compreensão de um determinado fenômeno depende do contexto considerado. Para os objetivos deste artigo, restritos às aplicações da energia nuclear, podemos considerar o núcleo como composto de prótons, com carga elétrica positiva, e nêutrons, sem carga. Ambos são denominados genericamente núcleons. A letra Z que caracteriza cada um dos átomos, naturais ou artificiais, representa o número de prótons no núcleo.

A maior parte da massa do átomo está concentrada em seu núcleo, que é muito pequeno (10-12 cm a 10-13 cm). Prótons e nêutrons têm massa aproximadamente igual, da ordem de 1,67 x 10-24 gramas, e são caracterizados por parâmetros específicos (números quânticos) definidos pela mecânica quântica, teoria que lida com os fenômenos na escala atômica e molecular.

Os prótons, por terem a mesma carga, se repelem fortemente devido à força eletrostática. Isso tenderia a fazer com que essas partículas se afastassem umas das outras, o que inviabilizaria o modelo. Mas, como os núcleos existem, podemos concluir que deve existir uma força de natureza diferente da força eletromagnética ou da força gravitacional – e muito mais intensa que estas – que mantém os núcleos coesos.

Quanto maior a energia de ligação média (soma de todos os valores das energias de ligação dividida pelo número de partículas), maior a força de coesão do núcleo. Este artigo irá tratar da energia nuclear, que está relacionada a essa força, bem como de seus usos na sociedade.

Decaimento nuclear
O decaimento radioativo ocorre segundo as leis da probabilidade. O processo é complexo e explicá-lo aqui fugiria ao escopo deste artigo. Assim, basta saber que nele o núcleo se transforma no de um outro elemento ao ter sua carga elétrica mudada pela emissão de radiação, mudando o número de prótons e/ou nêutrons (figura 1).


Figura 1. Processo de desintegração nuclear

O decaimento pode ocorrer sucessivamente, causando uma cadeia de desintegrações, até que resulte um elemento estável. O tempo que um certo número de núcleos de um radioisótopo leva para que metade de sua população decaia para outro elemento por desintegração é denominado meia-vida do radioisótopo.

A radiação emitida no decaimento é composta de partículas e/ou radiação gama e é característica do decaimento. Assim, os radioisótopos podem ser caracterizados pelas emissões produzidas no decaimento, que servem como uma ‘assinatura’ para cada um deles.

A desintegração pelo decaimento pode ocorrer espontaneamente ou ser provocada pela instabilidade criada em núcleos estáveis, pelo bombardeio com partículas ou com radiação eletromagnética. Na natureza, os elementos apresentam-se geralmente como uma mistura de diferentes isótopos, estáveis ou radioativos. Por exemplo, o urânio, que tem 92 prótons (Z = 92), é encontrado como uma mistura de 99,3% de urânio-238 (238U, com 146 nêutrons) e 0,7% de urânio-235 (235U, 143 nêutrons), além de frações muito pequenas de outros isótopos – o número que segue o nome do elemento químico ou antecede sua sigla é o chamado número de massa (A), ou seja, a soma de seus prótons e nêutrons.

Cada isótopo instável tem sua meia-vida característica. A meia-vida do 238U é de 4,47 x 109 anos, o que significa que são necessários 4,47 bilhões de anos para reduzir à metade sua quantidade inicial. Ao decair, o 238U produz outro elemento instável, o tório-234, cuja meia-vida é de 24,1 dias. Este, por sua vez, também decai, produzindo outro isótopo instável (protactínio-234) e assim por diante, até que a estabilidade seja alcançada com a formação do chumbo com 206 núcleons (206Pb).