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Energia Nuclear…

Energia Nuclear:

A energia nuclear é produzida através das reacções de fissão ou fusão dos átomos, durante as quais são libertadas grandes quantidades de energia que podem ser utilizadas para produzir energia eléctrica.

A fissão nuclear utiliza o urânio (U), um mineral presente na Terra em quantidades finitas, como combustível e consiste na divisão de um núcleo em dois núcleos de massa menor.

Fig.: Distribuição do Urânio no Globo Terrestre

Assim, podemos dizer que a energia nuclear consiste no uso controlado das reacções nucleares obtendo energia para realizar movimento, calor e produção de electricidade.

• A reacção nuclear é a modificação da composição do núcleo atómico de um elemento podendo transformar-se em outro ou outros elementos, emitindo grandes quantidades de energia. Esse processo ocorre espontaneamente em alguns elementos; em outros deve-se provocar a reacção mediante técnicas de bombardeamento de neutrões ou outras.

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

• A fissão nuclear do urânio é a principal aplicação civil da energia nuclear. É usada em centenas de centrais nucleares em todo o mundo, principalmente nos E.U.A., na Europa o na Ásia do Ocidente.

-Há dois processos através dos quais se pode gerar energia nuclear: a Fissão e a Fusão Nuclear.

Fissão Nuclear:Antes da 2ª Guerra Mundial vários grupos de investigadores tentaram obter novos elementos químicos com Z>92, bombardearam urânio com feixes de neutrões, e em Janeiro de 1939 os Alemães Otto Hahn e Fritz Strassman anunciaram a presença de bário, Lantânio e crípton numa amostra de urânio das suas experiências.

Nos meses que se seguiram esse processo passou a ser mais bem compreendido e chamado de fissão nuclear.

Z = Nº.atómico; número de protões num núcleo de 1 átomo, ex.: Cálcio -Ca- tem 12 protões, logo o nº.atómico é 12. -> 12Ca.O nº. varia consoante o elemento químico.

*A Fissão Nuclear consiste em separar um núcleo de grande massa (geralmente átomos de Urânio) em dois cuja massa é menor (no caso do urânio origina Crípton e Bário), libertando uma grande quantidade de energia.

…Olhando em Pormenor:Na fissão nuclear quando o feixe de neutrões atinge o núcleo de urânio faz com que este se torne instável, dividindo-se em dois núcleos com massa atómica menor. A diferença de massa inicial com a massa final dos núcleos é igual à energia libertada.

Por isso, quanto mais massa se “fissar” mais energia se liberta, podemos concluir isso através da Lei de Albert Einstein-> E = mc2 (T.Relatividade)

*Onde E = energia; m = massa; c = constante velocidade da Luz. »»Quando se aumenta qualquer um dos factores (neste caso m) a energia

terá de acompanhar, aumentando« »»Por isso os investigadores usaram urânio, o elemento com + protões natural conhecido para obter o máximo de energia.

-Produtos da Fissão:

*Núcleos com menor massa atómica;*Energia atómica;*Neutrões flutuantes.

A Reacção em Cadeia:

Os resultados da Fissão Nuclear, iniciada pelo bombardeamento do feixe de neutrões, continua espontaneamente a realizar a fissão, pela captação de neutrões originados de fissões anteriores, que por sua vez irão atingir outros núcleos gerando uma reacção em Cadeia.

Massa Crítica: É a massa mínima duma substância que sofreu fissão e que ainda possibilita a ocorrência de uma reacção em cadeia auto-sustentável.

A velocidade de uma reacção em cadeia pode ser de dois tipos: não controlada e controlada.

No primeiro caso, a reacção ocorre muito rapidamente (menos de 1 segundo) libertando uma enorme quantidade de energia, é o que acontece, por exemplo, na explosão de uma bomba atómica.

No segundo caso a reacção é controlada pelos reactores de fissão nucleares, o que permite aproveitar a energia e evitar desgraças.

Formas de Controlar a reacção:

-Desacelerando o feixe de neutrões passando-o pela água ou gravite;

-Inserindo barras de Cádmio e Boro que absorvem os neutrões e servem para evitar que a reacção saia de controlo.

*Figuras: Centrais Nucleares

Material Físsil (capaz de sustentar uma reacção em cadeia da fissão nuclear):

Pode ser o urânio-235 (natural), urânio-233 ou plutónio-239 (artificiais).

-O que são os nos.? Quantidade, soma, número de protões e neutrões existentes no núcleo = Massa atómica.

Neste caso, altera-se apenas em nº. de neutrões, não alterando assim o seu elemento químico. As variações das quantidades de neutrões têm o nome de isótopos.

*O que é um Isótopo?

Um isótopo é um átomo que tem o mesmo n.º atómico (nº. de protões), e diferentes massas atómicas – soma dos protões e neutrões do núcleo – Quer dizer que tem o mesmo número de protões e diferente número de neutrões, são átomos muito instáveis.

-> Ex.: Isótopos de Hidrogénio - hidrogénio tem estabilidade na natureza com 1 protão e 1 electrão.

Fusão Nuclear:A Energia Nuclear pode também ser produzida através do processo de Fusão Nuclear, que consiste na união de dois núcleos leves para formar outro mais pesado e com menor conteúdo energético, através do qual se libertam também grandes quantidades de energia. Este processo envolve átomos de deutério, tritio ou hidrogénio, que são substâncias muito abundantes na natureza.

A Fusão Nuclear necessita de elevadas temperaturas para se realizar, e geralmente liberta muito mais energia do que a que consume.Quando a Fusão Nuclear ocorre com elementos com um peso atómico menor que o ferro e que o níquel (os quais possuem as maiores forças de coesão nuclear de todos os átomos, sendo portanto mais estáveis) geralmente esta liberta energia.

De referir, que o impacto ambiental resultante do processo de Fusão é muito menor, quando comparado com o da energia nuclear produzida por Fissão. Actualmente, esta fonte de energia encontra-se ainda numa fase experimental, já que a tecnologia ainda não conseguiu criar reactores de Fusão devido às altas temperaturas necessárias para levar a cabo o processo. 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. 

Fig.: Reacção de Fusão Nuclear usando núcleos de Deutério e Trítio.

-A elevada quantidade de energia produzida, utilizando pouco combustível.

Vantagens da energia nuclear são:

-As centrais nucleares não ocupam grandes extensas áreas.

-A poluição gerada no processo da fissão é quase inexistente, ao contrário da queima dos combustíveis fosseis, apenas alguns produtos resultantes são radioactivos. Necessitam de ser isolados em desertos, no fundo dos oceanos, ou no interior de montanhas, existem também alguns projectos para enviar o lixo radioactivo para o Sol, o que poderia ser uma solução definitiva. Todos os materiais expostos á radiação consideram-se radioactivos (luvas, roupas, ferramentas, etc…);

-Combustível, neste caso o urânio, existe em grandes quantidades. Existem 4 milhões de toneladas descobertas actualmente e estima-se que renda cerca de 60 anos de energia e calcula-se que existam 16 milhões de toneladas por descobrir, o que prolongaria efectivamente a sua utilização;

Ainda que a quantidade de energia produzida através da fissão nuclear seja significativa, este processo apresenta problemas de difícil resolução.

Desvantagens da sua utilização:

- Apesar de todas as medidas de segurança existentes numa central, continua a existir o perigo de explosões nucleares e de fugas de radioactividade;

-Poluição térmica

-Alto custo de construção e de tecnologia empreendida;

-Falta de soluções eficientes para o tratamento de Lixo Radioactivo, o principal motivo dos ambientalistas serem contra a Energia Nuclear, actualmente pouco se sabe acerca das consequências da radiação para o meio ambiente.

O Desastre de Chernobyl:Um dos maiores desastres envolvendo energia nuclear foi na Ucrânia, em Chernobyl a 26 de Abril de 1986.

Um dos maiores desastres envolvendo energia nuclear foi na Ucrânia, em Chernobyl a 26 de Abril de 1986.

Sábado à 1h23 o 4º reactor teve uma fuga de matéria radioactiva provocando um incêndio seguido de uma série de explosões, produzindo uma nuvem de radioactividade que atingiu a U.Soviética, a Europa oriental, Escandinávia e o R.U.

Um relatório da ONU de 2005 atribuiu 56 mortes até aquela data - 47 trabalhadores acidentados e 9 crianças com cancro de tiróide. Provocou mutações nos fetos das mulheres grávidas nos anos seguintes e estimou-se que cerca de 4000 pessoas morrerão de doenças relacionadas ao acidente.

Funcionamento básico de Uma Central Nuclear.:

◦ ·∙ ⃘° Curiosidades:

>A bomba atómica foi desenvolvida nos EUA, a partir de 1942, sob o nome secreto “Manhattan Project”. A primeira explosão teste foi feita em 16 de Julho de 1945, um mês mais tarde 2 bombas foram lançadas (“Little Boy” e “Fat Man”)em Hiroxima e Nagasáqui, duas cidades Japonesas, resultando 120000 mortos.

>Em 1904 demonstrou-se que a radioactividade emitida pelo rádio podia matar células cancerígenas. O tratamento de pacientes com esta técnica designa-se por radioterapia, é utilizada em tumores cerebrais que não podem ser operados.

> O edifício da Central Nuclear é protegido com paredes de 70cm, feitas com estruturas de ferro e aço, e podem aguentar ataques terroristas (mísseis, aviões,etc...).