ACIDENTE NUCLEAR NO JAPÃO Dr. Luís Antônio Albiac Terremoto 2011 Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN/CNEN-SP)

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  • ACIDENTE NUCLEAR NO JAPO Dr. Lus Antnio Albiac Terremoto 2011 Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares (IPEN/CNEN-SP)
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  • SUMRIO 1 Fontes de energia usadas para gerar energia eltrica 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso 3 Uso de energia nuclear para gerar energia eltrica 4 Tipos de reatores nucleares de potncia 5 Reator nuclear refrigerado a gua fervente (BWR) 6 Acidente na Central Nuclear Fukushima Daiichi
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  • 1 Fontes de energia usadas para gerar energia eltrica Todo o progresso tecnolgico ocorrido mundialmente ao longo dos ltimos 120 anos teve como base o uso intensivo de energia eltrica Atualmente, cerca de um tero de toda a energia primria do mundo utilizada para gerar energia eltrica
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  • 1 Fontes de energia usadas para gerar energia eltrica Fontes de energia utilizadas para gerar energia eltrica no mundo:
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  • 1 Fontes de energia usadas para gerar energia eltrica Fontes de energia utilizadas para gerar energia eltrica no mundo: Fonte: Agncia Internacional de Energia, 2008
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  • 1 Fontes de energia usadas para gerar energia eltrica Fontes de energia utilizadas para gerar energia eltrica no Brasil: Fonte: Empresa de Pesquisa Energtica (EPE), maio/2007 Fonte de energiaEnergia gerada [TWh]Frao [%] Total / 2006421,04100 Hidroeltrica349,883,08 Biomassa19,64,65 Gs natural18,24,32 Nuclear13,83,28 Derivados de petrleo12,02,85 Carvo mineral7,41,76 Elica0,240,06
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso Fisso nuclear induzida por nutrons Reao nuclear que ocorre mediante incidncia de nutrons com qual- quer energia cintica em nucldeos fsseis, por exemplo: Nucldeo Nutrons fssil Nutron Produtos emitidos Raios-gama incidente de fisso prontos Raios-gama de decaimento Anti-neutrinos Partculas beta negativas
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso Obteno de nucldeos fsseis: 235 U (0,72 % do urnio natural) enriquecimento do urnio natural por difuso gasosa ou ultracentrifugao 239 Pu (no existe na natureza) captura radiativa de nutron pelo 238 U: 233 U (no existe na natureza) captura radiativa de nutron pelo 232 Th: Os nucldeos 238 U e 232 Th so denominados frteis, sendo fissionados mediante a incidncia de nutrons rpidos
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso Caractersticas importantes da fisso nuclear induzida por nutrons O ncleo fissionado pode se dividir de 53 maneiras diferentes, gerando 106 produtos de fisso diretos com nmeros de massa 66 A 172 A grande maioria dos produtos de fisso constituda por ncleos radio- ativos que geralmente apresentam decaimento beta negativo Cada produto de fisso radioativo sofre uma srie de decaimentos antes de se transformar em um ncleo estvel. Esta srie denominada cadeia de decaimento dos produtos de fisso. Cada cadeia possui em mdia seis membros. Exemplo: Fisso induzida por nutrons trmicos quase sempre assimtrica, con- forme mostra a curva de produtos de fisso
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso
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  • T 1/2 Meia-vida E Energia cintica mxima da partcula beta E Energia do raio-gama I Intensidade absoluta de emisso do raio-gama y t Rendimento na fisso por nutrons trmicos y r Rendimento na fisso por nutrons rpidos
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso Caractersticas importantes da fisso nuclear induzida por nutrons Valor mdio da energia total liberada na fisso de um ncleo de 235 U por nutron trmico: Resultados anlogos so obtidos para 239 Pu e 233 U Energia cintica dos fragmentos de fisso167 MeV Energia cintica dos nutrons emitidos5 MeV Energia dos raios-gama prontos7 MeV Energia do decaimento beta5 MeV Energia do decaimento gama5 MeV Energia dos anti-neutrinos11 MeV ENERGIA TOTAL DA FISSO200 MeV
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso Emisso de ~ 2,5 nutrons Reao (em mdia) em cadeia Fisso Fonte de nuclear energia Liberao de ~ 200 MeV Energia (em mdia) elevada
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso Material absorvedor de nutrons controlar a reao em cadeia, atravs da regulagem do nmero de nutrons em circulao no sistema Moderador desacelerar os nutrons rpidos em nutrons lentos, atravs do espalhamento elstico por ncleos leves Refrigerante remover o calor gerado pela reao em cadeia controlada, por intermdio de conveco forada
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso Configurao do sistema Configurao heterognea o moderador e o combustvel nuclear so separados Combustvel nuclear material contendo nucldeos fsseis, em meio ao qual ocor- rem as fisses nucleares que, nesta configurao, so causadas majoritariamente por nutrons trmicos Calor gerado resulta predominantemente da frenagem dos fragmentos de fisso em meio ao combustvel nuclear
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso Reao nuclear de fisso em cadeia auto-sustentada Controlada taxa de ocorrncia das fisses mantida constante reator nuclear Fisso de 1 kg de 235 U libera 2,3.10 7 kWh 1000 MW(t) 300 MW(e) Enquanto isso, para gerar 300 MW(e) ao longo de 24 horas em uma usina termoeltrica... Combustvel fssil consumidoCO 2 emitido 2500 toneladas de carvo mineral7200 toneladas 1955 toneladas de leo combustvel5760 toneladas 1172 toneladas de gs natural3216 toneladas
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso Reao nuclear de fisso em cadeia auto-sustentada Controlada taxa de ocorrncia das fisses mantida constante reator nuclear Fisso de 1 kg de 235 U libera 2,3.10 7 kWh 1000 MW(t) 300 MW(e) Enquanto isso, para gerar 300 MW(e) naquela usina hidroeltrica... Mdia nacional 0,56 km 2 de reservatrio por MW(e) instalado 168 km 2 de rea alagada
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso Calor de decaimento dos produtos de fisso radioativos Mesmo aps o desligamento de um reator nuclear, ainda h liberao de energia considervel pelo combustvel nuclear decorrente do decai- mento dos produtos de fisso radioativos nele acumulados Cerca de dez segundos aps o desligamento do reator nuclear, a taxa de liberao de energia (potncia) decorrente do decaimento dos produ- tos de fisso radioativos perfaz aproximadamente 4% da potncia total do reator antes do desligamento, diminuindo apenas com o decaimento Esta energia precisa ser retirada do ncleo (cerne) do reator por inter- mdio da circulao contnua de refrigerante, pois caso contrrio a tem- peratura do combustvel nuclear aumentar, causando danos diversos Nada pode ser feito para controlar esta taxa de liberao de energia, tornando portanto essencial a remoo do calor gerado
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso Calor de decaimento dos produtos de fisso radioativos Equao emprica para a taxa de liberao de energia decorrente do decaimento dos produtos de fisso radioativos (vlida para t s 10 s) onde t o e t s so dados em segundos e a margem de incerteza perfaz aproximadamente 50%
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  • 2 Obteno de energia nuclear a partir da fisso Calor de decaimento dos produtos de fisso radioativos Razo entre a potncia de decaimento (P pf ) e a potncia de operao (P) de um reator nuclear em funo do tempo decorrido aps o desligamento
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  • 3 Uso de energia nuclear para gerar energia eltrica Efetuado pelo funcionamento de reatores nucleares de potncia que equipam usinas nucleoeltricas A) Usina termoeltrica B) Usina nucleoeltrica
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  • 3 Uso de energia nuclear para gerar energia eltrica Dados da Agncia Internacional de Energia Atmica (AIEA) referentes a agosto de 2010: - 441 usinas nucleoeltricas funcionando em 30 pases - Capacidade geradora total de 374.692 MW eltricos - 13 pases utilizavam usinas nucleoeltricas para gerar mais do que um tero da eletricidade que consumiam - Maior uso de energia nuclear para gerar eletricidade Frana (75,2%) - Maior capacidade nucleoeltrica instalada EUA (104 usinas; 100.747 MW eltricos; 20,2% da eletricidade gerada) - 60 usinas nucleoeltricas sendo construdas em 16 pases para gerar um total de 58.600 MW eltricos
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  • 4 Tipos de reatores nucleares de potncia CombustvelEnriquecimentoModeradorRefrigeranteTipo de reatorPas de origem UO 2 2% a 4%H2OH2OH2OH2OPWREUA UO 2 2% a 4%H2OH2O H 2 O (fervente) BWREUA U metlico GrafiteCO 2 GCRReino Unido UO 2 2% a 4%GrafiteCO 2 AGRReino Unido EUA ThC 2 + UC 2 93%GrafiteHeHTGRReino Unido Alemanha UO 2 D2OD2OD2OD2OPHWRCanad UO 2 2% a 4%D2OD2O H 2 O (fervente) SGHWRReino Unido UO 2 2% a 4%Grafite H 2 O (fervente) RBMKURSS UO 2 + PuO 2 Na 0 lquidoFBRVrios
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  • 4 Tipos de reatores nucleares de potncia
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  • Funo dos componentes principais de um reator nuclear de potncia: - Ncleo (cerne) do reator constituir a fonte de energia do reator nuclear (com- ponente onde ocorre, de maneira auto-sustentada e controlada, a reao nuclear de fisso em cadeia) - Vaso de presso conter o refrigerante e proporcionar suporte mecnico ao ncleo (cerne) do reator - Blindagem biolgica evitar o escape de radiaes ionizantes (raios-gama e nutrons) para o meio-ambiente - Trocadores de calor permitir a transferncia de calor do refrigerante do reator para o fluido operante no ciclo de potncia - Bombas de refrigerao fazer com que o refrigeran