Reator Nuclear para aula professor Jorge Química10

Questões do ENEM

ENEM - 2006

O funcionamento de uma usina nucleoelétrica típica baseia-se na liberação de energia resultante da divisão do núcleo de urânio em núcleos de menor massa, processo conhecido como fissão nuclear. Nesse processo, utiliza-se uma mistura de diferentes átomos de urânio, de forma a proporcionar uma concentração de apenas 4% de material físsil. Em bombas atômicas, são utilizadas concentrações acima de 20% de urânio físsil, cuja obtenção é trabalhosa, pois, na natureza, predomina o urânio não-físsil. Em grande parte do armamento nuclear hoje existente, do reator utiliza-se, então, como alternativa, o plutônio, material físsil produzido por reações nucleares no interior do reator das usinas nucleoelétricas. Considerando-se essas informações, é correto afirmar que :

a) a disponibilidade do urânio na natureza está ameaçada devido a sua utilização em armas nucleares.

b) a proibição de se instalarem novas usinas nucleoelétricas não causará impacto na oferta mundial de energia.

c) a existência de usinas nucleoelétricas possilbilita que um de seus subprodutos seja utilizado como material bélico.

d) a obtenção de grandes concentrações de urânio físsil é viabilizada em usinas nucleoelétricas.

e) a baixa concentração de urânio físsil em usinas nucleoelétricas impossibilita o desenvovimento energético.

opção correta : letra C

O estudante deveria saber distinguir urânio encontrado na natureza daquele redefinido artificialmente em usinas nucleoelétricas.




ENEM - 2000

A energia térmica liberada em processos de fissão nuclear pode ser utilizada na geração de vapor para produzir energia mecânica que, por sua vez, será convertida em energia elétrica. A seguir está representado um esquema básico de uma usina de energia nuclear.

Com relação ao impacto ambiental causado pela poluição térmica no processo de refrigeração da usina nuclear, são feitas as seguintes afirmações:


I . o aumento na temperatura reduz, na água do rio, a quantidade de oxigênio nela dissolvido, que é essencial para a vida aquática e para a decomposição da matéria orgânica.


II . o aumento da temperatura da água modifica o metabolismo dos peixes.


III . o aumento na temperatura da água diminui o crescimento de bactérias e de algas, favorecendo o desenvolvimento da vegetação.

Das afirmativas acima, somente está (ão) correta (s) :


a) I b) II c) III d) I e II e) II e III

opção correta : letra D

A solução correta do problema proposto nessa questão requer a análise do impacto ambiental que se dá em consequência do efeito do aquecimento das águas sobre o ecossistema de um rio. Com temperaturas maiores, ocorre uma redução da quantidade de oxigênio dissolvido na água, além do favorecimento para um maior desenvolvimento de bactérias, afetando também o metabolismo dos animais aquáticos. Esperava-se que o estudante identificasse, dentre as afirmações apresentadas, aquelas que apresentavam coerência entre o aumento da temperatura e a consequência descrita.


ENEM - 2003

Na música "Bye, bye, Brasil" de Chico Buarque de Holanda e Roberto Menescau, os versos:

"puseram uma usina no mar
talvez fique ruim pra pescar"

poderiam estar se referindo à usina nuclear de Angra dos Reis, no litoral do Estado do Rio de Janeiro.

No caso de tratar-se dessa usina, em funcionamento normal, dificuldades para a pesca nas proximidades podem ser causadas :


a) pelo aquecimento das águas, utilizadas para refrigeração da usina, que alteraria a fauna marinha.

b) pela oxidação dos equipamentos pesados e por detonações que espantariam os peixes.

c) pelos rejeitos radioativos lançados continuamente no mar, que provocariam a morte dos peixes.

d) pela contaminação por metais pesados dos processos de enriquecimento do urânio.

e) pelo vazamento de lixo atômico colocado em tonéis e lançado ao mar nas vizinhanças da usina.



opção correta : letra A

O estudante, aqui, deveria estar atento à relação entre aumento de temperatura das águas x concentração de oxigênio dissolvido nas águas x alteração da fauna marinha que direta ou indiretamente, contribuiria para comprometer a pesca na baía de Angra.

ENEM - 2005

Um problema ainda não resolvido da geração nuclear de eletricidade é a destinação dos rejeitos radioativos, o chamado "lixo atômico". Os rejeitos mais ativos ficam por um período em piscinas de aço inoxidável nas próprias usinas antes de ser, como os demais rejeitos, acondicionados em tambores que são dispostos em áreas cercadas ou encerrados em depósitos subterrâneos secos, como antigas minas de sal. A complexidade do problema do lixo atômico, comparativamente a outros lixos com substâncias tóxicas, se deve ao fato de :

a) emitir radiações nocivas, ppor milhares de anos, em um processo que não tem como ser interrompido artificialmente.

b) acumular-se em quantidades bem maiores do que o lixo industrial convencional, faltando assim, locais para reunir tanto material.

c) ser constituído de materiais orgânicos que podem contaminar muitas espécies vivas, inclusive os próprios seres humanos.

d) exalar continuamente gases venenosos, que tornariam o ar irrespirável por milhres de anos.

e) emitir radiações e gases que podem destruir a camada de ozônio e agravar
o efeito estufa.

opção correta: letra A

Nesta questão o estudante deveria estar atento ao fato de que, os rejeitos radioativos, se guardados em tambores que ficam em depósitos subterrâneos, não deveriam levá-lo à conclusão de que esses rejeitos estariam emitindo gases que comprometeriam a camada de ozônio ou o agravamento do efeito estufa.

ENEM - 2009

Os núcleos dos átomos são constituídos de prótons e nêutrons, sendo ambos os principais responsáveis pela sua massa. Nota-se que, na maioria dos núcleos, essas partículas não estão presentes na mesma proporção. O gráfico a seguir mostra a quantidade de nêutrons (N) em função da quantidade de prótons (Z) para os núcleos estáveis conhecidos.

O antimônio é um elemento químico que possui 50 prótons e possui vários isótopos - átomos que só se diferem pelo número de nêutrons. De acordo com o gráfico, os isótopos estáveis do antimônio possuem:

a) entre 12 e 24 nêutrons a menos que o número de prótons.

b) exatamente o mesmo número de prótons e nêutrons.

c) entre 0 e 12 nêutrons a mais que o número de prótons.

d) entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons.

e) entre 0 e 12 nêutrons a menos que o número de prótons.

opção correta: letra d

Nesta questão foi exigido do aluno o conhecimento sobre interpretação de gráficos...basta que o estudante observe com atenção as grandezas que estão sendo medidas nos dois eixos e cruzar os valores.

USINAS NUCLEARES

Um pouco de história...

Desde a Revolução Industrial, a necessidade de fontes de energia passou a ser vital para a humanidade. Um dos pioneiros na pesquisa de soluções para este grande problema foi James Watt, que conseguiu aperfeiçoar a máquina a vapor... daí, novas fontes energéticas como a queima da madeira e do carvão, passaram a ser muito mais utilizadas. Anos depois, o advento do petróleo... e as conssequências logo começaram a ser sentidas, pelo homem e pela natureza: chuvas ácidas, destruição da camada de ozônio, aquecimento global.
Então, a busca de fontes de "energia limpa" começaram a ser buscadas intensamente...e, a utilização da energia nuclear surgiu como uma "luz no fim do túnel"! As usinas nucleares baseadas em fissão nuclear, a partir da segunda metade do século XX , começavam a ser cada vez mais comuns.
O primeiro reator nuclear foi construído por Enrico Fermi, em Chicago, nos Estados Unidos, em 1942. Na década seguinte, Inglaterra e Estados Unidos já possuiam usinas nucleares produzindo energia para seus habitantes. E assim foi até o final da década de 1970...até que um dos maiores acidentes nucleares da história aconteceu!
Em abril de 1986, a usina nuclear de Chernobyl, localizada na Ucrânia, explodiu. Há controvérsias quanto aos motivos da explosão, que vão desde falhas humanas grosseiras até problemas no projeto da usina. Uma nuvem dos mais variados isótopos radioativos se espalhou pela Ucrânia e países vizinhos, e expôs milhões de pessoas à radiação.
Segundo o Greenpeace, 200 mil pessoas foram seriamente afetadas pela radiação; um relatório da ONU , datado de 2005, no entanto, apresentou números bem divergentes daqueles: 56 mortes até aquela data, sendo 47 trabalhadores e nove crianças com câncer de tireóide...
Na realidade, a radiação atingiu um território com área de 160.000 quilômetros quadrados. A zona de 30 km em torno da usina, se tornou imprópria para se viver. As vítimas dessa catástrofe foram habitantes do ocidente da Rússia, da parte norte da Ucrânia e Bielorússia.
De acordo com os dados dos peritos, as consequências desse acidente serão sentidas ainda por muitas gerações, pois as substâncias radioativas lançadas na atmosfera, só se tornarão inofensivas dentro de, aproximadamente, 800 anos.






Também 17 países da Europa foram contaminados. Na Rússia, a radiação tomou conta do território onde viviam , aproximadamente, 3 milhões de pessoas.






Desde 2003, o dia 26 de abril foi proclamado, por decisão da Assembléia Geral da ONU, o Dia Internacional em memória das vítimas de acidentes e catástrofes radioativas.







As meninas Annia ( 11 anos ) e Dina ( 16 anos ), vítimas do acidente de Chernobyl, em consultório de um Hospital Pediátrico nos arredores de Cuba, que, nos últimos 19 anos, vem prestando assistência às crianças vítimas...











No Dia Internacional em memória das vítimas de acidentes e catástrofes radioativas, os russos fazem uma homenagem às vítimas postando lanternas formando a imagem do símbolo da radioatividade ...










Curiosidade científica...

Fungos de Chernobyl..???


Nas ruínas do "inferno nuclear" de Chernobyl, cientistas identificaram o desenvolvimento de uma criatura bizarra : um fungo que "come" radioatividade!



Ops! não apenas um... pesquisadores dos Estados Unidos descobriram que há 37 espécies mutantes se desenvolvendo em Chernobyl !! Elas foram descobertas numa inspeção de rotina, quando um robô vistoriava o interior da usina e encontrou uma "meleca preta" crescendo nas paredes do reator 4 - o mesmo que explodiu!!!



"As pesquisas sugerem que os fungos estão usando um pigmento, a melanina, da mesma forma que as plantas usam a clorofila" - palavras da cientista Ekaterina Dadachova.



Assim, os fungos teriam sofrido mutações que os tornaram capazes de fazer uma espécie de "radiossíntese", transformando radiação em energia.

Dentro da usina, os fungos mais comuns são versões mutantes do Cladosphorium sphaerospermum, que provoca micose, e a Penicilium hirsutum, que ataca plantações de milho.


Os reatores nucleares

Nos reatores nuclears, da mesma forma que ocorre em uma bomba atômica, temos uma fissão nuclear em cadeia.... há, porém, uma grande diferença: no reator , a reação é controlada de modo a não ocorrer a explosão nuclear. Um dos combustíveis mais comumente utilizados nessas usinas é o urânio - 235 , enriquecido em aproximadamente 3%..
Os componentes essenciais de um reator nuclear simples são, em geral, os seguintes :

• combustível - barras de urânio enriquecido ou plutônio - 239 metálico
• moderador - barras de grafite, água pesada (mais comuns). Tem a função de desacelerar os nêutrons emitidos na fissão, de modo a possibilitar o prosseguimento da reação em cadeia.
• sistema de controle - são barras de cádmio ou de boro, que são introduzidas em maior ou menor extensão, no núcleo de um reator; essas barras absorvem os nêutrons em excesso, evitando que a reação se acelere e que o reator venha a se aquecer demasiadamente; desse modo pode-se controlar a velocidade de funcionamento do reator.
• sistema de refrigeração - permite retirar a grande quantidade de calor produzida no reator (o que poderá ser utilizada, por exemplo, para acionar uma turbina e gerar energia elétrica). Com essa finalidade são usados : água comum, água pesada, gás carbônico, sódio fundido, etc. Se utilizada a água comum, o calor liberado pela fissão produz vapor a altas pressões, que irá então servir para movimentar grandes turbinas, que acionam geradores de eletricidade. Em seguida, o vapor é resfriado, condensado e bombeado de volta ao reator, onde o ciclo é retomado.
• sistema de proteção - blindagens de aço e grossas paaredes de concreto armado - para evitar que os operadores do reator sejam atingidos por emissões perigosas.
• sistema de proteção - blindagens de aço e grossas paredes de concreto armado, para evitar que os operadores do reator sejam atingidos por emissões perigosas.

Como funciona um reator nuclear

















Tecnologia nuclear no Brasil



Na unidade de beneficiamento de Caiteté, no Rio de Janeiro, o urânio é extraído do minério purificado e concentrado sob a forma de um sal amarelo - o yellow cake - onde há 99,3% de U - 238 e , apenas 0,7% de U - 235, que servirá de combustível nuclear. Para enriquecer o urânio, isto é, para aumentar a porcentagem de U - 235 até 3 ou 3,5%, é necessário, em uma primeira etapa, transformá-lo em um gás: o hexafluoreto de urânio, UF6.
Para a obtenção desse gás, o urânio era enviado ao Canadá, onde o gás era enriquecido. Atualmente no Brasil, em um projeto de pesquisa desenvovido pela Marinha em colaboração com o Instituto de Pesquisa de Energia Nuclear (IPEN), foi criado um processo de enriquecimento do gás por meio de centrífugas que é mais eficiente do que qualquer outro método em uso no mundo.
Após o enriquecimento, o gás UF6, é transformado em UO2, um pó . Esse pó é prensado na fábrica de combustível nuclear no formato de pastilhas cilíndricas de mais ou meno 1 cm de comprimento por 1 cm de diâmetro.
Duas dessas pastilhas geram energia suficiente para manter uma residência de porte médio funcionando por um mês.
Em Rezende (RJ), na fábrica de combustível nuclear, é produzido, obedecendo a severos padrões de qualidade e precisão mecânica, o elemento combustível.

O elemento combustível é composto pelas pastilhas de dióxido de urânio montados em tubos de uma liga metálica especial, a zircaloy, formando um conjunto de varetas cuja estrutura é mantida rígida por reticulados chamados "grades espaçadoras".
Os vários elementos combustíveis inseridos no núcleo do reator, produzem calor que será transformado em energia. Cada elemento combustível supre de energia elétrica 42.000 residências de porte médio, durante um mês.
pastilhas de urânio




Fusão nuclear



A quantidade enorme de energia oriunda do Sol que chega diariamente à Terra, é, na realidade, liberada por reações nucleares que ocorrem na superfície solar. Tais reaçoes, denominadas de fusão nuclear, consistem na união de átomos de hidrogênio ( deutério + deutério ou deutério + trítio ), que libera quantidades de energia ainda maiores que aquela liberada no processo de fissão nuclear.
Um grama de hidrogênio, através de fusão, libera uma quantidade de energia equivalente àquela liberada na queima de 200 toneladas de carvão!


O primeiro uso desse processo pelo ser humano, foi a bomba de hidrogênio que, para explodir, necessitou de uma quantidade de energia tal, que somente a explosão de uma bomba atômica de fissão seria capaz de fornecer! Assim, uma bomba de urânio ou de plutônio, serve de estopim para a bomba de hidrogênio!


Obs.: se a fusão for efetuada com os isótopos mais pesados do hidrogênio - o deutério e o trítio - o processo ocorre numa velocidade muito maior.


Atualmente, em países como os Estados Unidos, a Inglaterra e a Rússia, muitos cientistas estão extremamente dedicados a desenvolver equipamentos nos quais a reação de fusão nuclear possa secontroladar ; assim, gigantescas quantidades de energia liberadas no processo, venha a ser aproveitada

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No entanto, a construção desses reatores de fusão nuclear, apresenta uma série de dificuldades, entre elas a adequação do material constituinte do recipiente onde a fusão deve ocorrer, pois a temperatura vai atingir valores tão elevados que não é possível a existência de metais no estado sólido nem no estado líquido. Um outro problema é o escoamento rápido da energia liberada na fusão controlada do hidrogênio !