Geração de Energia Nuclear Original

Alunos:

Giovanna Larissa

Pollyanna Mara

Tamara Amaral

ENERGIA NUCLEAR

O QUE É ENERGIA NUCLEAR?

A energia que mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo é a ENERGIA NUCLEAR, isto é a energia de ligação dos nucleons (partículas do núcleo).

FISSÃO X FUSÃO

Fissão Nuclear: é a quebra do núcleo de um átomo instável em dois átomos menores pelo bombardeamento de partículas como nêutrons.

Fusão Nuclear: dois núcleos atômicos se unem para produzir um novo núcleo.

FISSÃO NUCLEAR

REAÇÃO TÍPICA DE FISSÃO

Reação típica de fissão:

235U + n → 236U → 140Xe + 94Sr + 2n (1)

140Xe e 94Sr altamente instáveis e sofrem vários decaimentos beta

140Xe → 140Cs → 140Ba → 140La → 140Ce (estável) (2)

94Sr → 94Y → 94Zr (estável) (3)

MECANISMO DE TRANSFORMAÇÃO DA QUEIMA DO COMBUSTÍVEL (PERDA DE

MASSA) EM ENERGIA

Mecanismo de transformação da queima do combustível (perda de massa) em energia:

E = Mc², massa se transforma em energia e vice-versa

Q = – ∆mc² = (Mf – Mi)c² (resultado em Joule)

pequena perda de massa → muita energia é liberada pois Q ~ c²

C = 3x10 8 m/s

PRODUÇÃO DE ENERGIA PELA CADEIA PRÓTON-PRÓTON

O Sol possui cerca de 8,9 x 1056 núcleos de hidrogênio (prótons livres), com a cadeia próton-próton ocorrendo 9,2 x 1037 vezes por segundo no núcleo solar. Visto que esta reação utiliza quatro prótons, que são convertidos em núcleos de hélio a cada segundo. Esta reação converte 0,7% da massa fundida em energia, e como consequência, cerca de 4,26 milhões de toneladas por segundo são convertidos em 3,83 x 1026 W ou 9,15 x 1010 megatoneladas de energia por segundo, segundo a equação de massa-energia E=m.c².

CADEIA PRÓTON-PRÓTON

A fusão de hidrogênio ocorre primariamente segundo uma cadeia de reações chamada de cadeia próton-próton:

4 ¹H → 2 ²H + 2 e + + 2 v (4,0 MeV + 1,0 MeV)

2 ¹H + 2 ²H → 2 ³He + 2 γ (5,5 MeV)

2 3He → 4He + 2 ¹H (12,9 MeV)

Estas reações podem ser sumarizadas segundo a seguinte fórmula:

4 ¹H → 4He + 2 e+ + 2 νe + 2 γ (26,7 MeV)

Curiosidade: O Sol é uma bola de hidrogênio que produz energia equivalente a 4 quatrilhões de bombas atômicas como a de Hiroxima.

URANIO

• Existem dois tipos mais conhecidos de isótopos(átomos com mesmo número de prótons) de urânio, o Urânio-235 e o Urânio-238

• Inicialmente o urânio é extraído de pedreiras ou minas, e é encontrado em uma mistura com outros elementos, o mineral bruto contém apenas 0,3% de urânio.

• O urânio é separado dos outros minerais e o que sobra é o óxido de urânio conhecido como Yellow Cake (bolo amarelo), depois o óxido de urânio é convertido em um composto gasoso, o hexafluoreto de urânio. O U-238 exibe proporção de 99,3% e o U-235 de 0,7%, para que ocorra fissão a nível de um reator é necessário aumentar essa porcentagem do U-235 em no mínimo 3%.

CÁLCULO DESSA ENERGIA

Energia de desintegração Q liberada neste processo de fissão:

Q = − ∆mc²

Cálculo desta energia: devemos levar em conta o decaimento

dos fragmentos da fissão combinando as equações (1), (2) e (3)

Teremos portanto, no final:

235U → 140Ce + 94Zr + n

Q = – ∆mc² = – [ (139,9054 u + 93,9063 u + 1,008 67 u) – 235,0439 u ] c2 = – [234,82037 u – 235,0439 u] = – [– 0,223 53 u] 931,5 Mev/u = 208 MeV

Obs: u (unidade de massa atômica)

CICLO DO COMBUSTÍVEL NUCLEAR


• Etapa 1: Mineração e Beneficiamento do Urânio

Após descobrir uma jazida e fazer sua avaliação

econômica, prospecção e pesquisa, determina-se o

local onde será realizada a extração do minério do solo,

iniciando-se o procedimento para mineração e

beneficiamento.

O minério extraído do solo é enviado para uma

unidade de beneficiamento para ser purificado e

concentrado, dando origem ao yellowcake (U3O8).



• Etapa 2: Conversão

O yellowcake é dissolvido, purificado (urânio nuclearmente puro)

e convertido para o estado gasoso, hexafluoreto de urânio (UF6).

• Etapa 3: Reconversão (Transformação do Gás em Pó)

Reconversão é o retorno do gás UF6 ao estado sólido, sob a forma

de pó de dióxido de urânio (UO2).

Parte desta etapa é realizada no Brasil pela FCN, com a utilização

de tecnologia desenvolvida pelo Centro Tecnológico da Marinha

em São Paulo (CTMSP).


• Etapa 4: Enriquecimento Isotópico de Urânio

Aumento da concentração de átomos de U235 (0,7% para +/- 4%).

Para obter 1Kg de combustível são necessários cerca de 8Kg de

yellowcake.

O urânio deve ser enriquecido em seu isótopo urânio-235 de

modo a obter-se maior quantidade do mesmo que, ao ser

fissionado nos núcleos dos reatores nucleares, produz maior

quantidade de energia.

O processo utilizado na INB é o de ultracentrifugação,

considerado o mais econômico entre os existentes.

O processo de enriquecimento não produz rejeitos.


• Etapa 5: Produção de Pastilhas

Pastilhas de dióxido de urânio (UO2), que tem a forma de um

cilindro de aproximadamente um centímetro de comprimento

e de diâmetro são produzidas na Fábrica de Combustível

Nuclear (FCN).

Após serem submetidas a diversos testes (dimensionais,

metalográficos, químicos) elas estarão aptas a compor o

elemento combustível.

PASTILHAS


• Etapa 6: Montagem do Elemento Combustível

O elemento combustível é composto pelas pastilhas de UO2

montadas em tubos de uma liga metálica especial (zircaloy),

formando um conjunto de varetas, cuja estrutura é mantida

rígida por reticulados chamados grades espaçadoras.

O elemento combustível é a fonte geradora do calor para

geração de energia elétrica.

Capacidade de geração bruta de energia (MWh) de um

elemento combustível:

• Angra 1: 23.318 MWh

• Angra 2: 52.609 MWh

• Linha de produção dos tubos de zircaloy

1. Tubos de zircaloy prontos para receberem as pastilhas de UO2.

2. Pastilhas de UO2 prontas para utilização.

Elemento combustível completo.


• Etapa 7: Geração de Energia Elétrica

É a produção de energia elétrica através da fissão do núcleo

do átomo.

A geração de energia ocorre em usinas nucleares que são

centrais termoelétricas assim como as convencionais.

A empresa Eletrobrás Termonuclear S.A. (ELETRONUCLEAR) é

a responsável, no Brasil, pelo projeto, construção e operação

da Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto (CNAAA), que

reúne as usinas de Angra 1 e 2.

RAPOSA DO SOL

• A reserva indígena Raposa Serra do Sol localizada em Roraima é uma área riquíssima em recursos hídricos e minerais, como estanho, diamante, ouro, nióbio, zinco, caulim, ametista, cobre, diatomito, barita, molibdênio, titânio, calcário, além de conter a SEGUNDA MAIOR RESERVA DE URÂNIO do planeta.

RAPOSA DO SOL

• Como a raposa do sol é a segunda maior reserva de urânio, existem inúmeros garimpos clandestinos na região, e muitos até comandados pelos próprios índios, que alegam serem os donos da terra, esquecendo que eles apenas detêm a posse da terra garantida pelo Estado através da Constituição de 1988, o que não

dá direitos a exploração dos minérios do subsolo pertencentes exclusivamente à União. Com isso, há inúmeros conflitos e operações do Exército Brasileiro em conjunto com a Polícia Federal, para proteção e preservação desses recursos naturais pertencentes à nação.

QUEM MORA EM LOCAIS ONDE EXISTEM RESERVAS DE URÂNIO RECEBE UMA

DOSE MAIOR DE RADIAÇÃO?

• Sim, porque a radiação natural nesses locais é mais elevada do que em locais onde não existe reserva de urânio ou de outros elementos naturais radioativos, como areias monazíticas, por exemplo.

FÁBRICA DE COMBUSTÍVEL NUCLEAR (FCN)

• A Fábrica de Combustível Nuclear (FCN), está localizada no distrito de Engenheiro Passos, no município de Resende (RJ). A FCN é um conjunto de sofisticadas fábricas nas quais se processam etapas importantes do ciclo do combustível nuclear;

• A empresa trabalha em cooperação com empresas e instituições, nacionais e internacionais, ligadas ao setor nuclear para produção de energia elétrica.

A EMPRESA RECICLA SEUS RESÍDUOS?

Sim, todos os resíduos orgânicos são transformados em adubo, que desde 2004 é utilizado na produção de mudas nativas. A empresa separa os outros diversos resíduos recicláveis e dá a cada um deles a destinação adequada. Por exemplo, os resíduos administrativos são doados à Cooperativa de Catadores de Materiais Recicláveis de Resende, a Recicla Resende, que, através de um módulo do trabalho de educação ambiental interno, implantou e mantém a Coleta Seletiva Solidária na unidade.

OPORTUNIDADE DE TRABALHO

• A empresa somente está autorizada a efetuar contratações por meio de concursos públicos, que acontecem com base na demanda pessoal.

• A divulgação dos editais de Concurso Público é sempre feita nos principais jornais especializados, na homepage da empresa e através de publicação no Diário Oficial da União-DOU.

GERAÇÃO DE ENERGIA

REATOR NUCLEAR DE ANGRA

Conhecido como PWR (Pressurized Water Reactor = Reator a

Água Pressurizada), porque contém água sob alta pressão.

BARRAS DE CONTROLE

Os Elementos Combustíveis são colocados dentro de um grande vaso de aço, com paredes., no caso de Angra 1, de cerca de 33 cm e, no caso de Angra 2, de 23,5 cm.

Na estrutura do Elemento Combustível existem tubos guias, por onde podem passar as Barras de Controle, geralmente feitas de cádmio, material que absorve nêutrons, com o objetivo de controlar a reação de fissão nuclear em cadeia.

CIRCUITO PRIMÁRIO E SECUNDÁRIO

O circuito primário é um circuito fechado contendo água desmineralizada a alta temperatura (320oC) e pressão (157 atmosferas), cuja função é transferir calor do reator para o circuito secundário. Esta transferência é realizada pelo primeiro trocador de calor denominado de gerador de vapor.

• O circuito secundário é também um circuito fechado contendo água desmineralizada. A água é vaporizada ao receber calor fornecido pelo circuito primário no gerador de vapor. O vapor de água movimenta as turbinas e na descarga vai para o segundo trocador de calor onde é resfriado e se condensa. A água resultante da condensação volta para o gerador de vapor, recomeçando o ciclo.

REJEITOS RADIOATIVOS

Os materiais radioativos produzidos em Instalações Nucleares (Reatores Nucleares, Usinas de Beneficiamento de Minério de Urânio e Tório, Unidades do Ciclo do Combustível Nuclear), Laboratórios e Hospitais, nas formas sólida, líquida ou gasosa, que não têm utilidade, não podem ser simplesmente “jogados fora” ou “no lixo”, por causa das radiações que emitem.

Esses materiais, que não são utilizados em virtude dos riscos que apresentam, são chamados de Rejeitos Radioativos.

REJEITOS RADIOATIVOS

• Os rejeitos radioativos precisam ser tratados antes de serem liberados para o meio ambiente, se for o caso. Eles podem ser liberados quando o nível de radiação for igual a do meio ambiente e não apresentar toxidez química.

• Rejeitos sólidos de baixa radioatividade, como partes de maquinaria contaminadas, luvas usadas, sapatilhas e aventais, são colocados em sacos plástico e guardados em tambores ou caixas de aço após classificação e identificação adequados.

• Objetivo da Gerencia de Rejeitos Radioativos é Minimizar ou mesmo eliminar os efeitos danosos que possam advir dos rejeitos radioativos, tanto no presente quanto no futuro.

• Para cumprir os objetivos do GRR devemos realizar as seguintes etapas

• Segregar

• Identificar

• Classificar

• Tratar

• Reciclar

• Eliminar

• Armazenar

• A tarefa de segregação deverá ser realizada nas instalações radiativas (IR) ou nucleares (IN) onde foram produzidas e quando não for possível o tratamento, a reciclagem e a eliminação os rejeitos deverão ser armazenados em seus depósitos iniciais (Di) podendo ou não ser armazenados em depósitos intermediários (DI) e posteriormente em depósitos definitivos. Em caso de acidentes os rejeitos são armazenados em depósitos provisórios (DP).

BIBLIOGRAFIA

• Wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index/php/Fissão_nuclear

• http://www.socioambiental.org/inst/esp/raposa

• http://www.inb.gov.br/pt-br/webforms/Interna2.aspx?secao_id=102

• http://www.eletronuclear.gov.br/

• http://www.crcn-co.cnen.gov.br/

Documents

Geração de Energia Nuclear Original