Escola Estadual de Educação Básica Barão Homem de Melo
Trabalho Interdisciplinar sobre energia nuclear
Nomes: Cristyan, Rodrigo, Morgana e Jann Carla
Disciplinas: Química, Física e Biologia
Professoras: Cássia Missio, Carmem Braganholo, Rosméri Dickel
Alto Alegre -RS, 12 de maio de 2011
Introdução:
Neste trabalho é um aprofundamento dos conhecimentos da energia nuclear, sendo que contem: como são encontradas as energias nucleares, suas aplicações pacíficas e bélicas, as consequências que podem ocasionar no corpo humano e na natureza, e como essa energia são aplicadas nas usinas nucleares.
Matéria prima para combustivel nuclear:
Um dos principais combustiveis nucleares é o Urânio enriquecido cujo teor de 235U (urânio-235) foi aumentado, através de um processo de separação de isótopos. O urânio encontrado na natureza, sob a forma de dióxido de urânio (UO2), contém 99,284% do isótopo 238U ; apenas 0,711% do seu peso é representado pelo isótopo 235U. Porém o 235U é o único isótopo existente físsil na natureza em proporções significativas.
Para provocar uma reação de fissão nuclear nos reatores de água pressurizada, é preciso dispor de um urânio que contenha entre 3% e 5% do isótopo 235. Ambos os isótopos, 235U e 238U , têm as mesmas propriedades químicas. A única diferença física entre eles são os três nêutrons que explicam uma pequena diferença de massa atômica.
O urânio enriquecido é um componente crítico, tanto para uso civil (geração de energia nuclear), quanto para uso militar (produção de armas nucleares). Compete à Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA) monitorizar e controlar a produção segura e o destino do urânio enriquecido para a geração de energia atômica, de modo a evitar a proliferação de armas nucleares.
Acredita-se que os estoques mundiais de U-235 altamente enriquecido estejam na casa das duas mil toneladas.[1] A maior parte se destina à utilização em dispositivos bélicos e propulsão naval. O restante é usado em reatores experimentais e pesquisas.
O subproduto do enriquecimento do urânio são largas parcelas de urânio empobrecido (DU), metal pouco radioativo, 67% mais denso que o chumbo e de utilidades tão diversas como lastro em aviões, blindagens e fabricação de projéteis balísticos. Não há, entretanto, estudos conclusivos acerca da toxicidade do DU.
Curiosedades:
Uma simples pastilha de combustível nuclear com pequenas
dimensões – um centímetro e meio de altura (ou espessura) e menos de um
centímetro de diâmetro (valores de referência) – tem a mesma quantidade de
energia que 450m3 de gás natural ou uma tonelada de carvão.
Onde são encontrados:
O elemento químico Urânio (Z=92) encontrado na natureza é constituído por uma mistura de três isótopos: 238U (na proporção de 99,275%), 235U (na proporção de 0,720%) e 234U (na proporção de 0,005%), sendo denominado Urânio natural e designado por natU. O urânio sai das minas na forma de dióxido de urânio (UO2), misturado a argila, enxofre e outras impurezas. Uma tonelada desse metal na natureza contém apenas 7 quilos de urânio-235 (U-235), o ideal para gerar energia nuclear. O principal composto restante é o menos aproveitável urânio-238 (U-238)
Processo necessário para tornar-se físsil:
O urânio bruto é limpo com elementos como ácido sulfúrico e transformado em pó. Depois, é submetido a um gás à base de flúor sob uma temperatura de 550 ºC, tornando-se uma substância gasosa também. Esse produto passa por um novo banho de flúor, a 350 ºC, e vira um gás com moléculas compostas por um átomo de urânio e seis de flúor (UF6).
O UF6 é direcionado contra uma espécie de peneira, uma barreira cheia de poros microscópicos. O U-235 é menor que o U-238 e passa pelos poros mais facilmente. A passagem pela "peneira" é repetida até a concentração de U-235 chegar ao nível desejado. Depois, outros processos separam o urânio enriquecido do flúor e transformam o metal gasoso em tabletes sólidos. O metal altamente enriquecido tem entre 90% e 99% de U-235. Como essa concentração é muito grande, o produto gera uma energia absurda em frações de segundo. Por isso esse é o urânio enriquecido usado nas bombas atômicas. Alguns gramas dele causam mais destruição do que a vista em Hiroshima, no Japão, em 1945.
A principal utilidade do urânio enriquecido é gerar energia elétrica. Ele recebe o adjetivo porque o urânio encontrado na natureza é bastante "pobre": 99,27% do metal somos formados por urânio-238, que não serve para as usinas nucleares. Energeticamente falando, o que interessa mesmo é o urânio-235 (U-235), que compõe menos que 1% da massa total do urânio extraído nas minas. O produto enriquecido nada mais é que o metal bruto com uma porcentagem de U-235 aumentada artificialmente. Quando essa quantidade chega a 2% ou 3%, o produto já é capaz de gerar energia nas usinas.
Mesmo com essa proporção aparentemente baixa, a força que tal matéria-prima gera é absurda: alguns gramas de urânio enriquecido fornecem energia equivalente à da queima de toneladas de carvão ou de milhões de litros de gasolina. Esse poder todo vem da fissão, ou seja, da quebra dos átomos do U-235. Não existe forma mais eficiente de obter energia do que quebrar átomos. E o U-235 tem justamente a propriedade de se romper sem resistência. Basta lançar uma partícula - um nêutron, no caso -, para que ele arrebente e gere energia pura. Um exemplo funesto dessa força está nas bombas atômicas. A diferença é que o urânio dessas armas é bem mais rico em U-235 que o das usinas. O urânio-238 que sobra do enriquecimento não vai todo para o lixo. Entre outras coisas, ele pode ser convertido em plutônio, que também serve para as usinas nucleares e, infelizmente, para a fabricação de mais bombas.
A energia nuclear possui várias aplicações: Nos fins pacíficos e nos fins bélicos.
Fins Pacíficos: Infelizmente são pouco divulgados os grandes benefícios da energia nuclear.
A cada dia, novas técnicas nucleares são desenvolvidas nos diversos campos da atividade humana, possibilitando a execução de tarefas impossíveis de serem realizadas pelos meios convencionais. A medicina, a indústria, particularmente a farmacêutica, e a agricultura são as áreas mais beneficiadas.
Os isótopos radioativos ou radioisótopos, devido à propriedade de emitirem radiações, têm vários usos. As radiações podem até atravessar a matéria ou serem absorvidas por ela, o que possibilita múltiplas aplicações. Mesmo em quantidades cuja massa não pode ser determinada pelos métodos químicos, a radiação por eles emitida pode ser detectada.
Pela absorção da energia das radiações (em forma de calor) células ou pequenos
organismos podem ser destruídos. Essa propriedade, que normalmente é altamente
inconveniente para os seres vivos, pode ser usada em seu benefício, quando empregada
para destruir células ou microorganismos nocivos.
A propriedade de penetração das radiações possibilita identificar a presença de um radioisótopo em determinado local.
MEDICINA NUCLEAR:
Um exemplo prático bem conhecido é o uso do iodo-131 (I-131), que emite partícula beta, radiação gama e tem meia-vida de oito dias. O elemento iodo, radioativo ou não, é absorvido pelo organismo humano preferencialmente pela glândula tireóide, onde se concentra. O funcionamento da tireóide influi muito no comportamento das pessoas e depende de como o iodo é por ela absorvido.
Exemplo de radiodiagnóstico da tireóide, utilizando-se o Iodo-131. A área mais brilhante indica maior concentração do radioisótopo.
A RADIOTERAPIA:
Radioterapia = tratamento com fontes de radiação.
A radioterapia teve origem na aplicação do elemento rádio pelo casal Curie.O iodo-131 também pode ser usado em terapia para eliminar lesões, identificadas nos
radiodiagnósticos da tireóide, aplicando-se, no caso, uma dose maior do que a usada nos
diagnósticos. O iodo radioativo apresenta as características ideais para aplicação em Medicina, tanto em diagnóstico como em terapia:
• tem meia-vida curta;
• é absorvido preferencialmente por um órgão (a tireóide);
• é eliminado rapidamente do organismo;
• a energia da radiação gama é baixa.
Fontes radiativas (= fontes de radiação) de césio-137 e cobalto-60 são usadas para destruir células de tumores, uma vez que estas são mais sensíveis à radiação do que os
tecidos normais.
APLICAÇÕES NA AGRICULTURA
Ainda no campo dos alimentos, uma aplicação importante é a irradiação para a conservação
de produtos agrícolas, como batata, cebola, alho e feijão. Batatas irradiadas podem
ser armazenadas por mais de um ano sem murcharem ou brotarem.
APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA
A aplicação de radioisótopos mais conhecida na indústria é a radiografia de peças metálicas u gamagrafia industrial.
Gamagrafia:Iressão de radiação gama em filme fotográfico.
Os fabricantes de válvulas usam a gamagrafia, na área de Controle da Qualidade, para verificar se há defeitos ou rachaduras no corpo das peças.
As empresas de aviação fazem inspeções freqüentes nos aviões, para verificar se há
“fadiga” nas partes metálicas e soldas essenciais sujeitas a maior esforço (por exemplo,
nas asas e nas turbinas) usando a gamagrafia.
A Indústria Farmacêutica utiliza fontes radioativas de grande porte para esterilizar
seringas, luvas cirúrgicas, gaze e material farmacêutico descartável, em geral. Seria praticamente impossível esterilizar, pelos métodos convencionais que necessitam de altas temperaturas, tais materiais, que se deformariam ou se danificariam de tal forma que não poderiam ser mais utilizados.
Em geral, acrescenta-se um sistema de alarme, para soar ao ser atingido esse nível. No caso de indicação de nível máximo ocorrerá o contrário, isto é, a radiação chegará ao detector com menor intensidade.
OS RAIOS-X
A descoberta de Roentgen permitiu “fotografar” o interior de muitos objetos e o corpo
humano, opacos à luz mas transparentes aos raios-X.
Quando se eleva a voltagem de alimentação da ampola ou “tubo” de raios-X, eles se
tornam mais penetrantes.
As primeiras aplicações dos aparelhos de raios-X ocorreram na Medicina, para diagnóstico
de fraturas ósseas e, logo após, na Odontologia, para diagnóstico de canais dentários.
USINAS NUCLEARES
Usina nuclear é uma instalação industrial empregada para produzir eletricidade a partir de energia nuclear, que se caracteriza pelo uso de materiais radiativos que através de uma reação nuclear produzem calor[1]. As centrais nucleares usam este calor para gerar vapor, que é usado para girar turbinas e produzir energia elétrica[1].
As centrais nucleares apresentam um ou mais reatores, que são compartimentos impermeáveis à radiação, em cujo interior estão colocados barras ou outras configurações geométricas de minerais com algum elemento radiativo (em geral o urânio). No processo de decomposição radiativa, estabelece-se uma reação em cadeia que é sustentada e moderada mediante o uso de elementos auxiliares, dependendo do tipo de tecnologia empregada.
Fins Bélicos:
Uma bomba atômica ou com maior rigor bomba nuclear, é uma arma explosiva cuja energia deriva de uma reação nuclear e tem um poder destrutivo imenso — dependendo da potência uma única bomba é capaz de destruir uma grande cidade inteira. Bombas atômicas só foram usadas duas vezes em guerra, ambas pelos Estados Unidos contra o Japão, nas cidades de Hiroshima e Nagasaki, durante a Segunda Guerra Mundial (consistindo em um dos maiores ataques a uma população civil, quase 200 mil mortos, já ocorridos na história). No entanto, elas já foram usadas centenas de vezes em testes nucleares por vários países.
Muitos confundem o termo genérico "bomba atômica" com um aparato de fissão. Por bomba atômica, entende-se um artefato nuclear passível de utilização militar via meios aéreos (caças ou bombardeiros) ou lançamento por mísseis. Entretanto, mesmo neste sentido o termo bomba atômica mostra-se não muito adequado pois bombas tradicionais lançadas por aviões ou mísseis também têm suas energias liberadas a partir de átomos (pela eletrosfera durante as reações químicas), entretanto, mostrando-se o termo bomba nuclear certamente mais adequado para se fazer referências aos artefatos no escopo deste artigo. Por ogivas nucleares, entende-se as armas nucleares passíveis de utilização em mísseis. Já os artefatos nucleares não são passíveis de utilização militar, servindo, portanto, somente para a realização de testes, como foi o caso do artefato de Trinity (o primeiro detonado) ou o caso do artefato nuclear norte-coreano testado em 9 de Outubro de 2006.
3.1 Finalidade
- As usinas nucleares servem para gerar energia a partir de materiais radioativos, na maioria a base de urânio. As usinas utilizam o urânio que é muito radioativo para gerar energia utilizando a técnica da reação em cadeia. As moléculas se chocam e assim vão se chocando com outras a uma velocidade muito forte, esse atrito gera calor e esse calor é transformado em energia nuclear. O grande impasse diz respeito ao fato de que os países que dominam o enriquecimento do urânio podem produzir além de energia as temíveis bombas atômicas.
3.2
- Os reatores da Usina de Fukushima no Japão são BWR (Boiled Water Reactor) ou Reator à Água Fervente.
A figura abaixo esquematiza o funcionamento desse tipo de reator.
Na reação nuclear, nêutrons bombardeiam os átomos de urânio provocando a sua fissão (divisão) transformando-o em dois novos elementos radioativos que podem ser césio e plutônio, tório e amerício, etc. e mais nêutrons em alta velocidade. Esses nêutrons encontram novos átomos de urânio e provocam também a sua fissão. A fissão libera um grande de energia na forma de calor e radiação. O calor é transferido para a água que se vaporiza em alta pressão e alta temperatura. Esse vapor supersaturado é canalizado em alta velocidade para a turbina 5 e ao se chocar contra as pás da mesma (como o vento soprando as pás de um catavento) faz com ela gire provocando a rotação de um eixo onde está também acoplado um gerador elétrico. Ao se movimentar dentro de um campo eletromagnético o gerador gera energia elétrica. O vapor que ao sair da turbina é na forma de vapor úmido, ou seja, parte líquida, parte vapor, é resfriado em um condensador e se torna totalmente líquido. Esse líquido é bombeado pela bomba 4 retornando ao vaso do reator.
3.3
- O que ocorreu no reator de Fukushima foi que a alimentação elétrica para fazer funcionar a bomba do circuito de refrigeração que resfriava o vapor após esse passar pela turbina falhou (o gerador que a gerava deixou de funcionar com a parada da usina, a alimentação elétrica externa da rua também deixou de existir e o motor–gerador diesel de emergência sofreu abalos devido ao terremoto e também parou) o que provocou um constante aumento da pressão e da temperatura do vapor. Essa pressão forçou as paredes de concreto 6 de contenção do vaso do reator que vieram a ruir deixando escapar o vapor junto com a radiação. Nesse momento os japoneses tentam bombear água do mar buscando esfriar a massa nuclear dentro do vaso. O reator das unidades I e II de Angra dos Reis é do tipo PWR (Pressurized Water Reactor) ou Reator a água Pressurizada que usa um sistema secundário de refrigeração da água do circuito que está em contato direto com o vaso do reator. Além disso, não tem apenas um grupo motor-gerador diesel, mas quatro (04) minimizando o risco de ocorrer algo semelhante ao que ocorreu no Japão.
4- Consequencias
4.1-Na natreza:
O m¬aior perigo apresentado pelo lixo atômico é sua radioatividade, tóxica e cancerígena, mesmo em quantidades pequenas.A radioatividade desse material diminui com o tempo. Todo radioisótopo tem uma meia-vida T½ (entre frações de segundo e bilhões de anos), ou seja, o tempo necessário para perder metade (½) de sua radioatividade. Todo elemento radioativo decai para um elemento não-radioativo, mas o tempo necessário para que 99,9% dos núcleos radio-isótopos decaiam para núcleos não-radioativos é de aproximadamente 10 vezes T½, que no exemplo do Urânio-235 (o combustível de uma usina nuclear típica) seriam 7 bilhões de anos.
O principal problema na disposição de resíduos radioativos é a percolação de tóxicos contidos no material radioativo para lençóis freáticos, levando assim à inevitavel dispersão do material na biosfera. Uma vez contaminada, a água entra diretamente na cadeia alimentar, como por exemplo através de represas e poços e, indiretamente através da ingestão de alimento contaminado (incorporação da contaminação pelo pescado, utilização de água no cultivo agrícola, pecuária entre outros).Como vários elementos contidos nos resíduos nucleares têm meia-vida de 1000 anos ou mais, eles devem ser isolados (depósito definitivo) durante muito tempo. Por exemplo o elemento Plutônio-239, que é extremamente radiotóxico.
Ventos durante de um período de seca em 1967 e incêndios florestais em 2010 aumentaram a área contaminada nas regiões de Majak. A região de Majak é considerada a mais contaminada no mundo, devido ao grave acidente em uma central de reprocessamento em 1957. Cerca de 10.000 hectares em torno da instalação apresentam contaminação com aproximadamente 4•1017 Becquerel (mais do que a quantidade liberada no acidente de Chernobil). Incêndios florestais ocorridos na Rússia em agosto de 2010 também levantaram nuvens de poeira radioativa na região de Brjansk (região que ficou contaminada na catástrofe nuclear de Chernobil em 1986). Os incêndios fizeram as partículas radioativas chegarem à atmosfera e se distribuirem em áreas maiores, aumentando a região contaminada.
4.2-No organismo humano:
A humanidade convive no seu dia-a-dia com a radioatividade, seja através de fontes naturais ou artificiais. Os efeitos da radioatividade no ser humano dependem da quantidade acumulada no organismo e do tipo de radiação. A radioatividade é inofensiva para a vida humana em pequenas doses, mas se a dose for excessiva, pode provocar lesões no sistema nervoso, no aparelho gastrointestinal, na medula óssea etc, ocasionando por vezes a morte (em poucos dias ou num espaço de dez a quarenta anos, através de leucemia ou outro tipo de câncer)
SAÚDE:
Uma ferramenta importante no tratamento e diagnóstico de doenças é os radio fármacos, que são obtidos a partir de radioisótopos produzidos em reatores nucleares ou em aceleradores de partículas. Esses radioisótopos são, em geral, associados as substâncias químicas (fármacos) que se associam a órgãos ou tecidos específicos do corpo humano.
Na medicina nuclear, os radio fármacos são injetados no paciente, concentrando-se no local a ser examinado e emitindo radiação, que, por sua vez, é detectada no exterior do corpo por um detector apropriado, que pode transformar essa informação em imagens, permitindo ao médico observar o funcionamento daqueles órgãos. Os radio fármacos são utilizados no diagnóstico de diversas patologias (figura 2). Têm meia vida curta – da ordem de dias ou horas – e, em um curto período de tempo, diminuem sua atividade para níveis desprezíveis, minimizando a possibilidade de dano ao paciente.
O principal material empregado em medicina nuclear é o tecnécio-99m, que tem meia-vida de seis horas, ou seja, a cada seis horas a radiação emitida cai pela metade. Outros radio fármacos são o tálio-201 (meia-vida de três dias), gálio-67 (meia-vida de três dias), iodo-131 (meia vida de oito dias) e flúor-18 (meia-vida de duas horas).
Devido à meia vida muito curta, os radio fármacos para PET devem ser produzidos próximos ao local de uso. As radiações nucleares são utilizadas também em diversas terapias, principalmente no tratamento de câncer. Nesse caso, a irradiação das células cancerosas tem o objetivo de matá-las e impedir sua multiplicação. Uma das formas de aplicação da radiação consiste em se colocar uma fonte externa ao paciente, a certa distância do tumor a ser tratado (tele terapia).
DOENÇAS:
Algumas doenças causadas imediatamente após a exposição à radiação nuclear alta são:
• queimaduras
• distúrbios gastrointestinais
• síndrome cerebral
• doenças do sangue (leucemia)
• Infertilidade
A síndrome cerebral é um tipo de inflamação do tecido cerebral, que ocorre quando existe uma exposição muito alta ao material radioativo, e sempre leva à morte. Os distúrbios gastrointestinais são graves e são causados pela destruição da mucosa e levar a morte em menos de uma semana.
A radiação também provoca doenças do sangue, porque promove destruição da medula óssea, baço e dos gânglios linfáticos que são responsáveis por criar novas células sanguíneas, que pode levar a morte em até trs semanas após a exposição à radiação.A Infertilidade, falta de menstruação, diminuição da libido, catarata e anemia, também podem ser consequências imediatas à exposição radioativa nuclear.
O consumo de comida e de água contaminada com radiação nuclear pode levar ao surgimento de diversas doenças e afeta particularmente bebês e crianças. Distúrbios gastrointestinais e doenças que afetam o sangue podem ser imediatamente percebidas após a ingestão destes alimentos, que podem gerar uma desidratação. Um quadro grave particularmente para os bebês e para as crianças pequenas.
Para evitar a contaminação da população, deve-se evitar o consumo de água da torneira e de alimentos que venham da região afetada. O ideal é tomar água mineral que tenha vindo de uma outra região, bem distante dos locais contaminados e comer produtos industrializados. Segundo pesquisas, se um indivíduo comer cerca de 100 gramas de um alimento contaminado com radiação nuclear durante 1 semana, estima-se que ele tenha sido exposto à mesma radiação que seria aceitável em 1 ano de exposição, o que altamente prejudicial à saúde.
A radiação nuclear, se em contato com o corpo humano, pode provocar várias doenças, desde queimadura até câncer. Essas doenças ocorrem porque os raios ionizantes penetram na pele e atingem o DNA celular. Raios alfa, beta e gama e as doenças que causam Os raios alfa não penetram na pele, mas causam queimaduras no local de contato. Já os raios beta e gama são os mais perigosos, penetram na pele e podem causar alterações no DNA, o que provoca malformação celular (nas células ' filhas' das que tivera
Conclusão:
Conclui-se que a energia nuclear tem muitas utilidades na vida da população mundial, ela pode se tornar em energia elétrica, tem papéis muito importantes na conservação dos alimentos, mas possui muitas consequência ruins que dependendo da quantidade pode levar a pessoa até a morte. É utilizada para fins bélicos podendo destruir uma certa população e deixando muitas consequências para seus decedentes.
BIBLIOGRAFIA:
www.biodieselbr.com/enrgia/nuclear/energia-nuclear-saúde.htm
www.wikipédia.com.br
www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/radioatividade.htm
www.tuasaude.com/doenças-causadas-pelaradiaçao-nuclear/
www.dihitt.com.br
www.cnen.gov.br
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
http://astropt.org/blog/2011/03/15/porque-falharam-os-reactores-nucleares-do-japao/
http://www.infoescola.com/fisica/principios-da-usina-nuclear/
