Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o
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Fusão e Fissão Nuclear: uma breve introdução. Reginaldo A. Zara CCET-Unioeste. Unioeste, 14/12/2007. FUSÃO E FISSÃO NUCLEAR. Como podem os prótons ficar confinados em uma região tão pequena como é o núcleo do átomo, sendo que existe uma forte repulsão eletrostática entre eles?

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Fusão e Fissão Nuclear: uma breve introdução

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Presentation Transcript


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

Fusão e Fissão Nuclear: uma breve introdução

Reginaldo A. Zara

CCET-Unioeste

Unioeste, 14/12/2007.


Fus o e fiss o nuclear

FUSÃO E FISSÃO NUCLEAR

  • Como podem os prótons ficar confinados em uma região tão pequena como é o núcleo do átomo, sendo que existe uma forte repulsão eletrostática entre eles?

  • Os prótons e nêutrons do núcleo do átomo são ligados por uma energia enorme – força nuclear forte


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

  • Força nuclear forte– força de curtíssimo alcance, mas que, dentro do seu raio de ação, é muito mais intensa que a gravitacional e a eletromagnética.

  • Quando um nêutron atinge o átomo, a ligação se rompe, o núcleo se divide, libera partículas e energia

  • Nas reações que envolvem núcleos, as transformações de massa em energia e vice-versa estão sempre presentes. Assim, nestas reações, é de uso fundamental a equação de Einstein.


Fus o uma breve introdu o

Fusão: Uma breve introdução

  • A fusão nuclear  dois ou mais núcleos atômicos se juntam, formando um outro núcleo maior;

  • É necessária muita energia cinética, que permita vencer a repulsão dos núcleos e haja o contato e a iteração entre eles;

  • A energia liberada depois da fusão é geralmente muito maior que a energia consumida;

  • A fusão ocorre mais facilmente entre núcleos que têm um pequeno número de prótons;


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

  • Reações de fusão - A principal reação de fusão que ocorre no interior do Sol.

  • A reação que ocorre mais facilmente é aquela em que o deutério se funde com o trício (ou trítio) produzindo uma partícula alfa (núcleo de hélio 4) e um nêutron, conforme a reação 3 abaixo.

  • D2 + D2  (He3 + 0,82 MeV) + (n1 + 2,45 MeV)

  • D2 + D2  (T3 + 1,01 MeV) + (H1 + 3,03 MeV)

  • D2 + T3  (He4 + 3,52 MeV) + (n + 14,06 MeV)

  • D2 + He3  (He4 + 3,67 MeV) + (H1 + 14,67MeV)


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

Tokamaks

Aparelho queconsegue suportar essas temperaturas mantendo um delgado filete de plasma, longe das paredes, durante um curto intervalo de tempo e usando a técnica do confinamento magnético.


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

Fissão nuclear  quebra ou divisão de um núcleo atômico, instável e pesado, através de um bombardeamento do núcleo com nêutrons lentos;

Poucos átomos podem sofrer o processo de fissão nuclear, entre eles, o urânio-235 e o plutônio;

A energia obtida através da fissão nuclear é devida à transformação da matéria em energia;

Geração de energia elétrica em países como Japão, França, USA, China, Brasil e outros;

Fissão: Uma breve introdução


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

Fissão Nuclear


Fus o nuclear x fiss o nuclear

Fusão Nuclear x Fissão Nuclear

Desvantagens

  • Não se consegue controlar a fusão de um modo eficaz;

  • Ocorre em temperaturas elevadíssimas (milhões de graus centígrados).

  • É necessário o confinamento dos núcleos por pelo menos um segundo (câmaras magnéticas em formato toroidal  “tokamak”;

Vantagens

  • O processo mais limpo que a fissão  usa núcleos atômicos leves (Trítio e Deutério, isótopos do Hidrogênio);

  • Os lixos radioativos possuem vidas curtas;

  • A quantidade de energia liberada é muito maior na fusão que na fissão;


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Urânio Natural (0.7% 235U, 99.3% 238U)


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

Condição necessária para a sustentabilidade da reação: O número de núcleos que capturam nêutrons e sofrem fissão tem de ser, em média, igual ao dos nêutrons resultantes desses processos que vão ser depois capturados e induzir fissão

Consequentemente: o factor de multiplicação (razão entre on número de nêutrons de uma geração e o correspondente número da geração seguinte) deve ser UM

Reação em cadeia / Sustentabilidade


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

Reação em cadeia / Sustentabilidade

História (cíclica) de 100 nêutrons numa reação em cadeia

100 nêutrons lentos são capturados por U235 a causam fissão

  • Resultam 200 nêutrons

  • 40 escapam durante a termalização

  • 20 são capturados pelo U238 durante a termalização

    140 que atingem velocidades baixas (lentos/térmicos 2200 m/s)

  • 10 escapam como nêutrons lentos ou térmicos

    130 nêutrons disponíveis para absorção térmica:

  • 30 são absorvidos (moderador, U238, contaminantes, etc.)

  • 100 nêutrons lentos são capturados por U235 a causam fissão


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

O “ciclo” do combustível nuclear

  • Converte-se o óxido de urânio num gás,o UF6, hexafluoreto de U.

  • Separação por difusão e/ou centrifugação permite ENRIQUECER a parcela de isótopo 235 até aos 3 - 4% (maior eficiência; possibilita moderação dos nêutrons com água)

  • O UF6 é de novo convertido em UO2 e formam-se as “pellets” que são introduzidas em tubos metálicos que vão constituir as “barras de combustível” do núcleo do reator.

  • Uma vez consumido o combustível, as barras são removidas para re-processamento ou para armazenamento de médio ou longo prazo.


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Reator nuclear


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Controle da Fissão nos Reatores

A reação acontece dentro de varetas que compõem o elemento combustível. Dentro dele há também barras de controle - feitas de material que absorve nêutrons, controlando o processo.Quando as barras "entram totalmente" no elemento combustível, o reator pára; quando saem, ele é ativado.


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

Num reator nuclear, a reação em cadeia é controlada com o uso de barras de substâncias moderadoras, como, por exemplo, a grafite.

Urânio enriquecido  3% a 4%.

  • Reação não controlada  Explosão.

    • Bomba Atômica

    • Urânio enriquecido  90%.


Energia nuclear e o aquecimento global

Energia nuclear e o aquecimento global

Das fontes mais utilizadas de energia, apenas três não contribuem com a emissão de gases que causam o efeito estufa:

Eólica

Solar

Nuclear


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  • Energia eólica:como o vento não pode ser represado, é uma energia imprevisível, vulnerável a oscilações climáticas;

  • Energia solar:necessita de grandes extensões para a produção de pouca energia, e só faz sentido em locais com forte incidência de luz solar;

  • Energia nuclear:Com controle rígido dos reatores, a energia atômica e ecológica já é uma realidade


Energia nuclear no mundo percentual

ENERGIA NUCLEAR NO MUNDO(percentual)


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O Lado Bom


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Energia Liberada

A fissão completa de 1kg de 235U libera aproximadamente 8 x 1013 joules, suficiente para ferver 270 milhões de litros de água.


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O Lado Ruim

Em Chernobyl, em 1986, reator explodiu durante operação de manutenção dos equipamentos da usina.


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O Lado Ruim

Bomba A- 1945


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Um Grande Problema

O LIXO ATÔMICO


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Medindo a Radioatividade

A radiação entra no tubo e produz ionização das moléculas gasosas, gerando uma corrente elétrica, cuja intensidade é registrada.

Contador de Geiger-Müller


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

(*)mrem = 1/1000 remrem é uma unidade de dose de radiação ionizante que produz o mesmo efeito biológico de uma unidade de dose de raios-X

Alimentos: 25 mrem(*) por ano

A Radioatividade do Cotidiano


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

Radiografia dentária:

20 mrem cada

A Radioatividade do Cotidiano

Energia solar: 11 mrem por ano


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A Radioatividade do Cotidiano

Área num raio de 1 km de uma usina nuclear: 5 mrem por ano


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Irradiação e Contaminação

Irradiação é a exposição de um objeto ou um corpo à radiação, o que pode ocorrer à distância, sem necessidade de contato.

Irradiar não significa contaminar.


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Irradiação e Contaminação

Contaminação, radioativa ou não, caracteriza-se pela presença indesejável de um material em local onde não deveria estar.

No caso de materiais radioativos, a contaminação gera irradiações. Para descontaminar um local, retira-se o material contaminante.

IRRADIAÇÃO NÃO CONTAMINA, MAS CONTAMINAÇÃO IRRADIA.


Fus o e fiss o nuclear uma breve introdu o

Por que a radiação provoca danos

biológicos?

Quando exposta à radiação a molécula de água, presente no líquido puro ou fazendo parte dos tecidos vivos, absorve energia e forma radicais livres.


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Aplicações da Radioatividade

Alimentos

Irradiados


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Aplicações da Radioatividade

Radioterapia


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Aplicações da Radioatividade

Datação radioativa


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