Dá-se o nome genérico de energia nuclear a toda a energia associada às modificações da constituição do núcleo de um átomo. Esta energia pode ser libertada durante um processo de desintegração radioactiva ou libertada ou absorvida em consequência de uma reacção nuclear.
A energia libertada ( D E) está relacionada com a redução da massa dos reagentes ( D m ) através do Princípio da Equivalência Massa-Energia de Einstein, segundo o qual:
DE = Dm c2
em que c representa a velocidade da luz no vácuo.
QUAIS SÃO AS FORMAS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA NUCLEAR?
A análise da variação da energia de ligação por núcleo com o número de massa permite concluir que a energia nuclear pode ser produzida através quer da cisão de núcleos pesados (fissão), quer da fusão de núcleos leves.
QUAIS SÃO AS VANTAGENS DA ENERGIA NUCLEAR?
A energia nuclear tem, fundamentalmente, três vantagens principais:
- A operação normal de um reactor nuclear não conduz à libertação de gases poluentes para a atmosfera;
- Existem jazidas de combustíveis que permitem a operação das centrais nucleares durante muitos anos;
- É uma energia de baixo custo.
A cisão (fissão) nuclear é o processo de geração de energia através da desintegração de um átomo de um elemento pesado (como, por exemplo, urânio ou plutónio). Esta energia provem de reacções do tipo das que ocorrem nas actuais centrais nucleares.
QUANDO FOI DESCOBERTA A CISÃO NUCLEAR?
A descoberta da cisão nuclear foi anunciada por L. Meitner no início do ano de 1939.
QUANDO FOI CONSTRUÍDO O PRIMEIRO REACTOR DE CISÃO NUCLEAR?
O primeiro reactor de cisão nuclear foi construído em Chicago por uma equipa dirigida por Fermi e começou a operar em 2 de Dezembro de 1942.
A designação de “pilha atómica” resultou do facto do reactor de Fermi ser constituído por um empilhamento de blocos de grafite e de lingotes cilíndricos de dióxido de urânio e de urânio metálico com cerca de 7.5 m de largura e 5.8 m de altura.
QUANDO FORAM DIVULGADOS OS PRIMEIROS RESULTADOS OBTIDOS COM OS REACTORES NUCLEARES?
Os primeiros resultados obtidos em reactores de cisão nuclear foram apresentados em Genebra, em 1955, durante a primeira conferência “Átomos para a Paz”.
QUAIS SÃO OS TIPOS DE REACTORES NUCLEARES?
É costume considerar que existem três tipos de reactores de cisão nuclear: centrais termonucleares, reactores de investigação e reactores de conversão.
As centrais termonucleares aproveitam a energia cinética dos fragmentos originados pelas reacções de cisão para aquecer um fluido circulante. O vapor resultante vai accionar turbinas que transformam a energia mecânica em energia eléctrica.
Os reactores de investigação funcionam a baixa energia (1 a 10 MW), com um fluxo elevado de neutrões que é directamente canalizado em feixes para instalações experimentais onde decorrem estudos de Física do Estado Sólido, produção de radioisótopos para Medicina Nuclear ou desenvolvimento de aplicações industriais.
Os reactores de conversão transformam, com eficiência elevada, material que não é cindível com neutrões térmicos em material cindível. As conversões mais frequentes são urânio-238 para plutónio-239 e tório-232 para urânio-232.
COMO É CONSTITUÍDO UM REACTOR NUCLEAR?
Em qualquer tipo de reactor nuclear é possível distinguir o combustível, o moderador, o líquido de refrigeração e a blindagem.
O combustível é o material que possui os núcleos cindíveis e que é colocado no núcleo do reactor sob a forma de barras. São, normalmente, usados urânio natural (constituído por cerca de 70% de urânio-235) e ligas de urânio enriquecido (plutónio-239 e urânio-233).
O moderador (grafite, água natural, água pesada ou berílio) é utilizado para reduzir a velocidade dos neutrões produzidos nas reacções de modo a aumentar a probabilidade destes neutrões originarem mais cisões nas suas interacções com o combustível.
O fluido refrigerador evita o aquecimento excessivo do núcleo através da remoção do calor produzido nas reacções. Os fluidos refrigeradores mais vulgares podem ser gasosos (ar, dióxido de carbono ou hélio), líquidos (água natural, água pesada ou sódio líquido).
A blindagem é um dispositivo de protecção biológica que envolve o núcleo do reactor, separando-o da zona de trabalho, e cuja função principal consiste na redução da intensidade das radiações emitidas pelos produtos das reacções de cisão até valores admissíveis para a vida humana. Os materiais mais usados na blindagem dos reactores nucleares são o chumbo e diversos tipos de betão.
QUAL A IMPORTÂNCIA DAS CENTRAIS TERMONUCLEARES NA EUROPA?
Cerca de 200 centrais termonucleares estão actualmente em operação na Europa, produzindo uma parte significativa da energia eléctrica. Existem Países (como, por exemplo, a França e a Lituânia) onde a energia nuclear satisfaz mais de 70% das suas necessidades energéticas (a França possui cerca de 60 centrais nucleares).
PORTUGAL POSSUI ALGUM REACTOR NUCLEAR?
Portugal não possui nenhuma central termonuclear. Existe, apenas, um reactor de investigação (o Reactor Português de Investigação) em operação no Instituto Tecnológico e Nuclear (www.itn.pt)
OS REACTORES TERMONUCLEARES SÃO PERIGOSOS?
Os reactores de cisão nuclear são projectados no cumprimento rigoroso de regras muito exigentes impostas pelas Entidades Licenciadoras. Contudo, estes reactores têm os perigos potenciais de qualquer instalação experimental, incluindo o factor humano.
Os acidentes verificados até agora em centrais nucleares não são muito frequentes, embora nalguns casos (como, por exemplo, em Chernobyl) as suas consequências para as populações e o ambiente tenham sido devastadoras.
UMA CENTRAL TÉRMICA DE CARVÃO PRODUZ PRODUTOS RADIOACTIVOS?
Uma central térmica de carvão que produza 100 MW de energia eléctrica liberta anualmente para a atmosfera cerca de 23 kg de urânio e 46 kg de tório, juntamente com os produtos resultantes do processo de declínio radioactivo destas substâncias como, por exemplo, o radão.
A exposição das populações a estas substâncias pode constituir um risco superior ao que está associado à operação de uma central termonuclear.
A fusão nuclear é um processo de produção de energia que consiste na fusão dos núcleos de dois átomos leves (como, por exemplo, o Hidrogénio, o Hélio, o Deutério ou o Trítio) para formarem elementos mais pesados, com redução da massa dos reagentes.
A fusão nuclear é o processo responsável pela produção da energia do Sol e das outras estrelas. O Sol recorre à sua imensa massa e à força da gravidade para produzir as reacções de fusão. Sendo bem conhecida a importância da energia solar no nosso Planeta, podemos afirmar que a fusão é a fonte de energia de toda a vida na Terra.
Reacção de fusão nuclear usando núcleos de Deutério e Trítio
QUAIS SÃO AS PRINCIPAIS REACÇÕES DE FUSÃO NUCLEAR?
As principais reacções de fusão nuclear são:
D + T ® He4 + n + 17.6 MeV
D + D ® He3 + n + 3.27 MeV
D + D ® T3 + H + 4.03 MeV
D + He3 ® He4 + H + 18.3 Me
Do ponto de vista teórico, a reacção mais interessante é a que envolve D e He 3 , uma vez que é aquela que conduz à libertação de uma maior quantidade de energia por reacção e que não produz neutrões. Contudo esta reacção é muito difícil de realizar na Terra dado que a sua secção eficaz de colisão tem uma máximo para energias muito elevadas (da ordem de 400 keV) e o He 3 não existe no nosso Planeta (é muito abundante na Lua).
A reacção mais fácil de obter na Terra é a que envolve Deutério e Trítio, dado que é a reacção que tem um máximo da secção eficaz de colisão à menor temperatura ( @ 100 keV).
QUAIS SÃO AS VANTAGENS DA FUSÃO NUCLEAR?
A fusão tem as vantagens inerentes às energias nucleares, nomeadamente a não emissão de gases poluentes para a atmosfera. Para além disso, e quando comparada com a fissão, a fusão apresenta várias vantagens adicionais: