O campo da energia nuclear é vasto e complexo, abrangendo uma ampla gama de conceitos técnicos e aplicações. Este artigo oferece um pequeno glossário de conceitos básicos com definições claras e concisas de termos-chave relacionados à energia nuclear.
Desde os processos fundamentais de fissão e fusão até conceitos associados à segurança, gestão de resíduos e aplicações práticas, cada termo é explicado para fornecer uma base sólida de conhecimento.
Que é a energia nuclear?
A energia nuclear é uma forma de obter eletricidade aproveitando a energia armazenada nos núcleos dos átomos. Nas usinas nucleares, ocorre um processo chamado fissão nuclear, no qual os núcleos de átomos como o urânio são divididos em partes menores. Esse processo libera uma grande quantidade de calor, que é utilizado para aquecer água e produzir vapor para acionar uma turbina conectada a um gerador. Desta forma, a energia dos átomos é convertida em eletricidade.
Além de gerar eletricidade, a energia nuclear tem outros usos importantes. Por exemplo, é utilizado na medicina para realizar diagnósticos e tratamentos, na investigação científica para estudar materiais e na indústria para irradiar alimentos e controlar a qualidade dos materiais. Por outro lado, também é utilizado na propulsão de submarinos e porta-aviões e até na criação de bombas com grande poder destrutivo.
Reações nucleares: fissão e fusão
Para aproveitar a energia nuclear presente no núcleo dos átomos, isso pode ser feito de duas formas: dividindo o núcleo de um átomo ou fundindo o núcleo de dois átomos. No primeiro caso chamamos-lhe fissão nuclear e no segundo fusão nuclear.
Quando ocorre uma dessas duas reações físicas, os átomos sofrem uma ligeira perda de massa. Essa massa perdida é convertida em uma grande quantidade de energia térmica como Albert Einstein descobriu com sua famosa equação E = mc².
Técnica 1: Fissão Nuclear
A fissão nuclear é uma forma de obter a energia contida em um átomo, dividindo o núcleo atômico em diferentes partículas menores. Esses tipos de reações geram uma grande quantidade de energia térmica que pode posteriormente ser utilizada de diversas maneiras.
Uma das características importantes da fissão nuclear é que ela é gerada pelo bombardeio de um átomo instável com um nêutron. Uma vez fissionado o núcleo, além das partículas, mais um ou dois nêutrons ficam livres e podem colidir com outros átomos, gerando uma reação em cadeia.
As partículas resultantes são consideradas combustível irradiado que deve ser substituído quando a proporção é muito alta e evita que nêutrons livres encontrem átomos para fissão.
Atualmente, a fissão nuclear é o tipo de reação nuclear utilizada em todos os tipos de reatores nucleares. A maioria desses reatores são reatores de água leve.
Técnica 2: Fusão Nuclear
A fusão nuclear é o processo inverso, ou seja, a fusão do núcleo de dois átomos. Para obter a fusão, os núcleos dos átomos devem ser submetidos a condições de pressão e temperatura muito elevadas. Uma grande quantidade de energia também é obtida através deste tipo de reação.
Contudo, tecnicamente ainda não foi possível fabricar reactores nucleares viáveis para a produção de electricidade.
Esta técnica tem múltiplas vantagens em comparação com a fissão:
- É mais sustentável para o meio ambiente
- Melhor performance
- Seria uma fonte de energia renovável.
Um exemplo de energia de fusão nuclear é a energia produzida pelo Sol. As reações de fusão nuclear são geradas no núcleo da estrela do nosso Sistema Solar .
Outros conceitos e definições
- Átomo: Unidade básica da matéria, composta por um núcleo (prótons e nêutrons) e uma nuvem de elétrons.
- Nêutron : Partícula subatômica sem carga elétrica, presente no núcleo dos átomos, que desempenha papel crucial nas reações nucleares.
- Isótopo: Variantes de um elemento químico que possuem o mesmo número de prótons, mas um número diferente de nêutrons.
- Radioatividade: Emissão espontânea de radiação de núcleos instáveis de átomos. Pode incluir partículas alfa, beta e raios gama e é um fenômeno chave na fissão e fusão nuclear.
Reatores nucleares: Dispositivos que iniciam e controlam a reação de fissão para gerar calor, que é convertido em eletricidade.- Reatores de Água Pressurizada (PWR): Tipo de reator que utiliza água em alta pressão para evitar que ferva, transferindo calor para um sistema de vapor separado.
- Reatores de água fervente (BWR): Tipo de reator em que a água ferve no núcleo para gerar diretamente vapor, que é usado para acionar uma turbina.
- Combustível nuclear : Material utilizado em reatores nucleares para gerar energia através da fissão. Os combustíveis comuns incluem urânio-235 e plutônio-239. Esses materiais liberam energia ao se dividirem em núcleos mais leves.
- Material fissionável: Material que pode sustentar uma reação em cadeia de fissão, como o urânio-235 ou o plutônio-239.
- Cadeia de reação: Uma série de reações nucleares nas quais os nêutrons liberados induzem a fissão de outros núcleos.
- Varetas de combustível: Componentes de um reator nuclear que contêm material físsil e são usados para manter a reação de fissão.
- Moderador : Material que reduz a velocidade dos nêutrons para facilitar a fissão contínua em um reator nuclear.
- Refrigerante : Substância que circula pelo reator para absorver e transferir o calor gerado pela fissão.
- Resíduos radioativos : Materiais que contêm isótopos radioativos e requerem manuseio e armazenamento seguros devido à sua radioatividade.
- Usina nuclear: Uma instalação que utiliza reatores nucleares para gerar eletricidade através do processo de fissão nuclear. É composto por um ou mais reatores, sistemas de geração de vapor e equipamentos de conversão de energia.
- Edifício de contenção : Estrutura projetada para confinar produtos de fissão e evitar a liberação de materiais radioativos no meio ambiente.
- Descomissionamento: Processo de desativação e descarte seguro de uma usina nuclear no final de sua vida útil.
- Acidente nuclear: Incidente numa central nuclear que resulta numa libertação inesperada de materiais radioactivos no ambiente, potencialmente com consequências graves para a saúde humana e o ambiente. Exemplos incluem Chernobyl e Fukushima.
- Medicina nuclear: Ramo da medicina que utiliza isótopos radioativos para diagnóstico e tratamento de doenças. Os procedimentos incluem imagens de tomografia por emissão de pósitrons (PET) e terapia com radionuclídeos.
- Bomba atômica: Uma arma nuclear que utiliza a fissão de átomos pesados, como urânio ou plutônio, para liberar uma enorme quantidade de energia explosiva. A primeira bomba atômica foi lançada sobre Hiroshima em 1945.
- Bomba de hidrogênio : Arma nuclear que utiliza a fusão de átomos leves, como deutério e trítio, para liberar energia muito maior que a de uma bomba atômica. Também conhecida como bomba termonuclear.