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Trabalhos de Geografia - 10º Ano

Energia Nuclear

Autor: Joana Monteiro e Andreia d'Avó

Escola: Escola Secundária de Alcanena

Data de Publicação: 12/04/2008

Resumo do Trabalho: Trabalho sobre energia nuclear e o funcionamento das centrais nucleares, realizado no âmbito da disciplina de Geografia (10º ano). Ver o Trabalho Completo

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Energia Nuclear

Introdução

Desde que existe vida humana, que esta depende totalmente do meio ambiente, e dos seus recursos. O Homem consome, e depende cada vez mais dos bens materiais, é este elevado consumo que exige demasiado da Natureza, e dos recursos que esta possuí.

Actividades como, o desenvolvimento industrial, a expansão dos transportes e o crescimento demográfico, não têm parado de aumentar, que por sua vez causa o elevado aumento dos consumos mundiais, embora de forma desigual, fazendo com que cada vez mais se recorra aos recursos energéticos não renováveis e renováveis que nos fornecem energia.

O Homem, de hoje em dia, serve-se cada vez mais dos recursos não renováveis, devido aos elevados custos e a pouca rentabilidade dos recursos renováveis.

A energia Nuclear e a sua possibilidade de utilização, que possuí elevados riscos, mas em contrapartida também possuí benefícios, faz com que esta esteja a gerar variadas discussões a níveis internos e externos do país. Esta é vista como uma possível fuga ao alto consumo, e dependência do petróleo, mas como todas as outras energias teremos de fazer um balancete dos seus prós e contras.

Energia Nuclear

A energia nuclear está no núcleo dos átomos, nas forças que mantém unidos os seus componentes – as partículas subatómicas. Esta é  libertada sob a forma de calor e energia electromagnética pelas reacções nucleares.

Esta energia provém do urânio, principalmente, mas também pode ser do tório e do plutónio, se bem que nos principais casos e do urânio.

Recurso Energético utilizado

Existem dois tipos de recursos energéticos utilizados para produzir energia nuclear, o urânio e o Tório, dois mineiros radioactivos, embora seja o urânio o mais utilizado e conhecido, devido as reservas de urânio serem abundantes, o que não se põe em causa o seu esgotamento a curto – médio prazo. O urânio é utilizado como combustível nos reactores nucleares, sob a forma de óxido, de liga metálica, ou ainda, de carboneto.

Certos reactores utilizam o urânio natural, mas a grande maioria, como o caso dos reactores moderados e arrefecidos com água normal, que equipam mais de dois terços das centrais nucleares usam como combustível, o urânio enriquecido.

O urânio é um elemento químico de símbolo U e de massa igual a 238 (92 protões e 146 neutrões). O urânio quando se encontra á temperatura ambiente encontra-se no estado sólido, este foi o primeiro elemento onde se descobriu a propriedade da radioactividade, foi descoberto em 1978.

A mais importante aplicação do urânio é a energética.

Principais Produtores e consumidores de Urânio

 

Fissão Nuclear

A fissão nuclear é o processo de quebra de núcleos atómicos grandes em núcleos atómicos menores, libertando assim uma grande quantidade de energia.  Esta fissão nuclear ocorre através do bombardeamento do núcleo atómico pesado e instável com neutrões,  esta fissão raramente ocorre de forma espontânea na natureza. Este processo, em reacção  em cadeia, tem de ser realizado de forma controlada em condições de segurança absoluta, pois caso contrário pode provocar terríveis acidentes libertando altos níveis de radiactividade, este processo deve  ser realizado no reactor nuclear, que é uma peça fundamental numa central nuclear.

. O urânio – 235, por exemplo, ao ser bombardeado com neutrões, reparte-se em dois núcleos atómicos mais pequenos.

 

. Este processo realizado de forma sucessiva é denominado de reacção em cadeia. Esta reacção em cadeia denominada de controlada, é o processo utilizado num reactor nuclear.

 

Funcionamento de centrais Nucleares

O grande objectivo das centrais nucleares é controlar as reacções nucleares em cadeia de modo a que a energia seja libertada de forma gradual sob a forma de calor. Tal como nas centrais que usam combustíveis fosseis, o calor é usado para ferver água de modo a produzir vapor, que por sua vez irá fazer funcionar uma turbina, conseguindo assim gerar energia eléctrica.

Funcionamento de um reactor Nuclear:

Combustível

Num reactor nuclear são combinados o combustível e o emprego de um material moderador. Por norma, o urânio serve de combustível com o conteúdo de 3% de urânio – 235, quase sempre sobre a forma de dióxido de urânio, que posteriormente é prensado em forma de grandes pastilhas  que posteriormente são introduzidos em grandes tubos, com vários metros de comprimento, fabricados com ligas especiais.

Tubos

Os tubos têm como função evitar que os produtos que resultam da combustão do urânio,  parte gasosos e altamente radioactivos, contaminem o interior do reactor. Estes resíduos não podem chegar ao liquido refrigerante do reactor, pois caso estes alcancem o líquido refrigerador e haja um fuga destes mesmos líquidos irá haver um grave contaminação do ambiente

Material Moderador

O material moderador durante a reacção com o urânio – 235 liberta elevadas quantidades de neutrões, este enorme fluxo chega ao moderador que rodeia os módulos de combustível ou até que está misturado em parte com este, reduzindo-o, e controlando a reacção.

Os moderadores líquidos têm uma função de grande importância, devido á sua acção como meio refrigerante. Este tipo de moderadores não só absorvem a energia térmica libertada pelo abrandamento dos neutrões, mas também arrefece os módulos de combustível aquecidos durante a reacção.

Barras de controlo

As barras de controlo que são introduzidas no núcleo do reactor, compostas de um material que absorve parte dos neutrões libertados durante a reacção em cadeia. Ao retirar e ao introduzir estas barras de controlo consegue-se regular as flutuações no desenvolvimento da reacção, e existe a possibilidade de se conseguir que os módulos de combustível sejam utilizados de forma uniforme. A principal, e sem duvida a mais importante função das barras de controlo é a de fazer cessar as reacções nucleares em cadeia em caso de existência de perigo.

 

No núcleo do reactor nuclear estão presentes o combustível nuclear e as barras de controlo

Tecnologia dos reactores nucleares

Os reactores nucleares servem, principalmente, para gerar elevadas quantidades de energia térmica, por isso não são utilizados para a produção de energia eléctrica. Visto que nem toda a energia térmica consegue ser transformada em energia eléctrica, as centrais nucleares mais avançadas, atingem um rendimento de apenas 35%. A restante energia térmica compõe-se de calor residual que não é aproveitado para gerar vapor propulsor, e que é condensado nas torres  de refrigeração

 

Esquema de Funcionamento

Principais tipos de reactores:

Existem três tipos de reactores nucleares:

Reactores de água Normal

Os reactores de água normal, que são os de uso mais frequente, funcionam com urânio ligeiramente enriquecido e água normal, aqui funcionando como moderador.

Reactores de altas temperaturas:

Os reactores de altas temperaturas são utilizados principalmente pelo Reino Unido, que está entre os sistemas mais avançados, este género de reactores oferecem vantagens em relação aos reactores de água normal, visto que usa um gás como meio refrigerante, hélio.

Reactores Reprodutores:

Os reactores reprodutores são de interesse de todos os estados com importantes instalações nucleares, e o seu desenvolvimento, visto que só com este tipo de reactores é possível aproveitar as limitadas existências de urânio na Terra.

Controlar os riscos de funcionamento de um reactor:

Os componentes de um reactor nuclear, o combustível, o moderador, o meio refrigerante e as barras de controlo, todos eles se encontram instalados dentro de um grande contentor sob pressão. Contentores fabricados com aço, cimento pré – esforçado e rodeados com várias envolturas, nestes contentores as exigências são extremamente elevadas, a impermeabilidade e a estabilidade das camadas envolventes, a fim de garantir um baixo risco de acontecer um acidente, e de modo a que não haja fuga de radioactividade.

 

Central Nuclear pressurizada.

As varias gerações de reactores nucleares

. A 1º geração -  corresponde ao primeiro reactores industriais, utilizados e construídos nos anos 60.

. A 2º geração – são os que, normalmente, estão hoje em dia em actividade.

. A 3º geração – são uma evolução tecnologia dos reactores de 2º geração, que hoje em dia já se encontram disponíveis no mercado, mas só as centrais de alta tecnologia, modernas e mais recentes os possuem.

. A 4º geração  - estes reactores ainda estão es estado de protótipo, são reactores que tentam aplicar novos conceitos.

 

Resíduos Nucleares

Cada central Nuclear converte, através de fissão nuclear, barras de urânio em resíduos nucleares altamente radioactivos, por este motivo têm de ser protegidos e armazenados de forma segura fora do alcance de pessoas, animais e plantas durante centenas de milhares de anos.

Há cerca de 50 anos que existem centrais nucleares em actividade, no entanto, até hoje não se sabe como se deve armazenar os resíduos nucleares e o que fazer com eles. Não existe em qualquer parte do mundo um método para uma eliminação segura dos resíduos nucleares.

Enquanto um reactor nuclear esta em funcionamento, algum do urânio é convertido noutros materiais, que se vão depositando nos elementos combustíveis. O combustível perde a sua eficiência na produção de calor, tornando-se assim necessária a sua substituição.

O combustível usado é removido do reactor, arrefecido em água e sujeito a um reprocessamento, onde se geram três grupos de materiais:

. Urânio, que irá novamente servir de combustível.

. Plutónio, utilizado também como combustível e em alguns casos é também utilizado como material de armamento.

. Lixo nuclear.

Tipos de lixo nuclear:

Lixo de alto Nivel

O lixo de alto nível são os resíduos que contem produtos gerados durante o processo de fissão, com altos níveis de radioactividade. A radioactividade libertada por este resíduo degenera-se com relativa rapidez no início, embora continue perigoso durante milhares de anos devido ao seu conteúdo actinídeo, os materiais actinídeos possuem uma radioactividade de baixa intensidade, mas possuem uma vida muito longa.

Lixo de nível intermédio:

O lixo de nível intermédio é produzido em variados processos que envolvem matérias radioactivas, embora apresentem menos perigo que os resíduos de alto nível.

Lixo de baixo nível:

Este tipo de lixo de baixo nível é produzido por hospitais, laboratórios, indústrias e centrais nucleares, devem ser manuseados com alguma precaução.

A descarga destes tipos de resíduos radioactivos no ambiente é bastante perigosa, visto que pode causar danos quer para o Homem, quer para as restantes espécies e ecossistema.

Impacto Ambiental da energia Nuclear

Desde que foi descoberta a radioactividade, que os cientistas de todo o mundo se debruçam cada vez mais em formas de evitar acidentes e prejuízos para a saúde, o que ocorre com frequência nas fases iniciais de investigações. É de conhecimento e consciência geral o perigo que podem causar exposições a radiações radioactivas, mas de conhecimento de poucos que esta exposição e natural, que faz parte do nosso quotidiano, e que possuímos defesas naturais no nosso sistema imunitário, mas que também tem limites.

Efeitos das radiações

Nos seres vivos os efeitos causados pela exposição a radioactividade manifestam-se a dois níveis:

. Nível somático, cuja expressão máxima é a morte.

. Nível genético, que é responsável pelo aumento de mutações, podendo assim originar aberrações genéticas nas gerações posteriores.

Estes efeitos dependem da natureza da radiação, do seu tempo de vida, da intensidade e dos órgãos onde esta é acumulada, e tal como varia os efeitos, também varia a sua capacidade de penetração nos tecidos.

Os neutrões e os raios gama são os que mais facilmente alcançam o interior do organismo, e são estes que são libertados em explosões nucleares ou em acidente nos reactores.

Existem partículas que só se tornam prejudiciais se entrarem directamente no organismo, normalmente por via da alimentação ou pelo ar que respiramos. Quando uma radiação incide num tecido biológico, altera as características químicas das moléculas destes, que ou matam a célula ou originam divisões nesta  não controláveis. No primeiro caso o organismo elimina e substitui as células mortas, mas no segundo caso na maioria dos casos acaba por se gerar tumores malignos. Devido a estas reacções é que e tão perigoso e temido os acidentes nucleares.

O pó radioactivo que por vezes e extremamente fino pode com facilidade introduzir-se no organismo e aí ficar acumulado.

Protecção contra radiações

A tabela que se segue foi feita através de estudos e investigações feitos em animais, e nas vitimas sobreviventes de Hiroxima e Nagasaki, e em pessoas expostas a radiações nucleares. O objectivo é perceber a relação entre as doses de radiação recebidas (exposição distribuída uniformemente em todo o organismo) e os efeitos das mesmas no organismo humano.

Radioactividade

Efeitos no organismo Humano

Até 250 msv

Lesões cutâneas de recuperação total possível

250 a 1000 msv

“Doença da radiação”: anemia por lesões da medula óssea;

Alterações nos glóbulos brancos, aumentando o risco de infecções;

Hemorragias por perda da capacidade de coagulação

lesões na mucosa do estômago e dos intestinos, com vómitos, diarreia, debilidade e úlceras;

1 a 4 sv

Dose semi-letal: doença grave por radiação, mortal em 50 % dos casos, por destruição da medula, lesões encefálicas e cardiovasculares, e hemorragias internas espontâneas.

5 a 30 sv

Dose letal: danos graves no sistema nervoso, morte certa no prazo de 3 dias.

Tabela  – Relação entre as doses de radiação  e o seu efeito
no organismo humano

Energia Nuclear em Portugal

Em Portugal, actualmente, não se produz energia nuclear, nem possuímos projectos governamentais para que Portugal inicie a sua produção a curto prazo. Com a elevada procura pelo minério, urânio, Portugal está a ser foco de alguns estudos por parte de empresas internacionais, visto que, actualmente, a produção nacional de urânio nas minas da Urgeiriça destina-se, na sua totalidade, á exportação, dado que o país não possuí centrais nucleares.

Distribuição do urânio por Portugal Continental

 

Vantagens e Desvant. da produção de Energia nuclear

A energia nuclear é uma energia não renovável, que como todas as outras tem as suas vantagens e desvantagens. Começando pelas vantagens consideremos que a energia nuclear:

. É um combustível mais barato que muitos outros como por exemplo o petróleo, o consumo e a procura ao petróleo fez com que o seu preço disparasse, fazendo assim, com que o urânio se tornasse um recurso, comparativamente com o petróleo, um recurso de baixo custo.

. É uma fonte mais concentrada na geração de energia, uma pequeno pedaço de urânio pode abastecer um cidade inteira, fazendo assim com que não sejam necessários grandes investimentos no recurso.

. Não causa nenhum efeito de estufa ou chuvas ácidas;

. É fácil de transportar como novo combustível;

. Tem uma base científica extensiva para todo o ciclo.

. É uma fonte de energia segura, visto que até a data só existiram dois acidentes mortais.

. Permite reduzir o défice comercial.

. Permite aumentar a competitividade.

Apesar das suas vantagens esta energia também tem as suas desvantagens tal como:

. Ser uma energia não renovável, como referido anteriormente, torna-se uma das desvantagens, visto que o recurso utilizado para produzir este tipo de energia se esgotará futuramente.

. As elevadas temperaturas da água utilizada no aquecimento causa a poluição térmica pois esta é lançada nos rios e nas ribeiras, destruindo assim ecossistemas e interferindo com o equilíbrio destas mesmas.

. O risco de acidente, visto que qualquer falha humana, ou técnica poderá causar uma catástrofe sem retorno, mas actualmente já existem sistemas de segurança bastante elevados, de modo a tentar minimizar e evitar que estas falhas existam, quer por parte humana, quer por parte técnica.

. A formação de resíduos nucleares perigosos e a emissão causal de radiações causam a poluição radioactiva, os resíduos são um dos principais inconvenientes desta energia, visto que actualmente não existem planos para estes resíduos, quer de baixo ou alto nível de radioactividade, estes podem ter uma vida até 300 anos após serem produzidos podendo assim prejudicar as gerações vindouras.

. Pode ser utilizada para fiz bélicos, para a construção de armas nucleares, está foi uma das primeiras utilizações da energia nuclear, os fins bélicos são a grande preocupação nível mundial, porque projectos nucleares como o do Irão, que ameaçam a estabilidade económica e social.

. Ser uma energia cara, visto que  tanto o investimento inicial, como posteriormente a manutenção das energias nucleares são de elevados custos, até mesmo o recurso minério, visto que existem países que não o possuem, ou não em grande abundância, tendo assim, que comprar ao estrangeiro.

. Os seus efeitos, visto que na existência de um acidentes, as consequências deste iram fazer-se sentir durante vários anos, visto que a radioactividade continuará a ser libertada durante vários anos.

Conclusão

A energia nuclear é, sem dúvida, o futuro das energias, actualmente, cada vez mais são os projectos desenvolvidos pelos países de forma a apostar nesta energia, e os que já produzem apostam cada vez mais nesta forma de energia rentável.

É uma energia com inúmeras vantagens, tanto a nível energético, como ambiental e económico, mas como contrapeso as suas desvantagens são demasiado pesadas para qualquer país, os acidentes afectam sempre em grande escala a população, durante anos irão prejudicar e pôr em causa vidas das gerações presentes e vindouras, é um fardo demasiado grande para qualquer país.

A radioactividade, descoberta em 1896, tem inúmeras utilidades, estas cada vez mais utilizadas a larga escala no nosso planeta. Um dos grandes medos, a nível mundial, é que a energia nuclear seja utilizada para fins bélicos, como em Hiroshima, causando assim danos irreversíveis, e que expluda, a nível mundial uma guerra nuclear.

Na nossa opinião a energia Nuclear poderá ser uma possibilidade a por em uso, mas o país que o fizer, tem de estar disposto desde então, a carregar o pesado fardo em caso de acidente, tal como a população desse país, caso aprove a sua utilização.

Bibliografia

Toda a informação que consta ao longo deste trabalho foi retirada, para posteriormente ser tratada por nós, nas seguintes fontes:

Internet:

http://atomico.no.sapo.pt/04_03.html

http://www.biodieselbr.com/energia/nuclear/fissao-nuclear.htm

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_nuclear

http://www.abcdaenergia.com/enervivas/cap07.htm

http://www.cfn.ist.utl.pt/pt/consultorio/listA.html

Livros:

Enciclopédia Temática Juvenil, Editora: Multilar, 10º Edição

Geografia 10 – parte 2, Editora: Areal Editores, Autor: Claúdia Lobato

 

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