Menu

Usina Nuclear Isar, Alemanha

Piscina de combustível nuclear usado

Turbina de uma usina nuclear

História da energia nuclear

História da energia nuclear

Para explicar a história da energia nuclear poderíamos distinguir três grandes etapas:

  • Estudos científicos físicos e químicos dos elementos. 
  • O desenvolvimento da bomba nuclear durante a Segunda Guerra Mundial.
  • Utilização da energia nuclear no domínio civil.

Os estudos científicos cobrem este período inteiro desde que os primeiros filósofos gregos começaram a definir átomos, até o desenvolvimento da primeira bomba nuclear. Nesse processo, diferentes cientistas descobrem a presença de elétrons, nêutrons e prótons e propriedades que tornam um átomo mais radioativo que outro.

Durante a Segunda Guerra Mundial EUA, animado por Albert Einstein, impulsiona a primeira bomba nuclear. Esta será a primeira vez que a tecnologia nuclear será usada fora do contexto da pesquisa.

Subseqüentemente e vendo o perigo de armas nucleares os governos começaram a estabelecer tratados para regular seu uso e promover o uso da energia nuclear no campo civil. É neste momento que as primeiras usinas nucleares para a geração de eletricidade começam a aparecer.

Primeiros avanços científicos

Demócrito d'AbderaO filósofo grego Demócrito de Abdera foi o primeiro na história a dar uma definição de átomo como o menor constituinte da matéria, no século V aC. O termo "átomo" é uma palavra grega que significa "não divisível". Mas mais tarde, com a chegada da fissão nuclear, é possível dividir átomos para obter energia.

 

Mais tarde, em 1803, o químico britânico John Dalton declarou em seu livro A New System of Chemical Philosophy que os elementos são formados a partir de certas combinações de átomos e todos os átomos do mesmo elemento eram idênticos. Ou seja, todos os átomos do ferro ou do urânio são idênticos.

Tabela periódica de elementos

A partir daqui o trabalho dos cientistas se concentrou em identificar e classificar todos os elementos. O primeiro a propor um arranjo foi o químico inglês Newlands. Uma proposta que cientistas diferentes como Lothar Meyer, Dimitri Mendeleev ou Moseley se comprometeu a estudá-la ea modificá-la e obter a Tabela Periódica atual.

Descoberta do elétron

Em 1897, JJ Thompson anunciou a descoberta de uma partícula negativamente carregada que chamou elétron. Poderia também deduzir a relação entre a carga de uma partícula (e) ea massa (m). Os elétrons são elementos com uma carga negativa orbitando em torno de um núcleo como planetas orbitando ao redor do Sol. Como Rutherford descobriu, núcleo de montagem e elétrons formam o átomo.

A descoberta da radioactividade

Antoine Henri Becquerel pai da energia nuclear

Em 1896, o físico francês Antoine-Henri Becquerel descobriu que certas substâncias, como sais de urânio, produzem radiação penetrante de uma fonte desconhecida. Esse fenômeno era conhecido como radioatividade.

Becquerel estava trabalhando em seu laboratório e deixou descuidadamente alguns sais de urânio ao lado de algumas placas fotográficas que foram posteriormente expostas, apesar de serem protegidas da luz. Após a pesquisa, ele percebeu que o falecido foram as placas foi o urânio. Graças à sua descoberta Becquerel tornou-se o "pai da energia nuclear".

Ao mesmo tempo, o casamento francês de Pierre e Marie Curie em sua pesquisa descobriu a existência de um outro elemento mais elevado do que a atividade de urânio, em honra ao seu país chamaram-lhe polônio. Eles também descobriram um segundo elemento chamado rádio.

A natureza de três elementos é realmente importante para o desenvolvimento da energia nuclear. Atualmente, todas as usinas nucleares estão virtualmente usando urânio como combustível nuclear.

Como resultado das investigações de Rutherford e Soddy, descobrimos que o urânio e outros elementos pesados emitem três tipos de radiação: alfa, beta e gama. Os dois primeiros foram compostos de partículas carregadas, provando que as partículas alfa eram núcleos de hélio de átomos e partículas beta eram elétrons. Além disso, verificou-se que a radiação gama era de origem electromagnética.

O modelo atômico de Rutherford

A descoberta da natureza da radiação permitiu que Rutherford estudasse a estrutura da matéria. Em seus experimentos, ele poderia inferir que o átomo consistia de uma área central positiva onde toda a massa estava concentrada e os elétrons girando em órbitas ao redor do núcleo, como um pequeno sistema solar. Isso significava que o átomo não era sólido como eles acreditavam.

A descoberta da teoria constante e quântica de Planck

Em 1900, o físico alemão Max Planck afirmou que a energia é emitida em pequenas unidades individuais chamadas quantum. Ele descobriu uma constante universal conhecida como constante de Planck, representada como h.

A lei de Planck afirma que a energia de cada quantum é igual à freqüência de radiação eletromagnética multiplicada pela referida constante universal.

As descobertas de Planck representaram o nascimento de um novo campo para a física, conhecido como mecânica quântica e forneceu a base para pesquisas em campos como a energia nuclear.

A teoria da relatividade de Albert Einstein

Albert Einstein é o cientista mais importante do século XX. Einstein propôs a famosa equação E = mc2. Esta equação era uma equação revolucionária para estudos futuros na física nuclear, mas naqueles dias não estava disponível para prová-lo experimentalmente. Assim, E representa a energia e m representa a massa, ambos inter-relacionados pela velocidade da luz c. Esta equação relacionou as conversões de massa da energia, assim que poderia ser supor que ambas as entidades eram manifestações diferentes da mesma coisa.

Albert Einstein massa relacionada à energia nuclear

 

Modelo atômico de Bohr

Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr desenvolveu uma hipótese segundo a qual os elétrons foram distribuídos em camadas distintas (ou níveis quânticos) a alguma distância do núcleo. Assim, a configuração eletrônica dos vários elementos são constituídos.

Para Bohr, os elétrons revolvem órbitas estacionárias das quais nenhuma radiação é emitida. Assim, o velho conceito do átomo como indivisível, inerte e simplesmente enterrado, ea hipótese de uma estrutura complexa que mais tarde daria manifestações de energia complicadas.

A descoberta do nêutron

A descoberta do nêutron foi feita por James Chadwick em 1932. Chadwick "mediu" a massa da partícula nova que deduz que era similar à massa do protão mas com uma carga eletricamente neutra. Assim observado que o núcleo atômico consistia de nêutrons e prótons, o número de prótons igual a elétrons.

Com sua descoberta, Chadwick conseguiu um "projétil" com características ideais para causar reações nucleares.

A descoberta da radioactividade artificial

O casamento de Frederic Joliot e Irene Curie foram os descobridores da radioatividade artificial.

As conclusões do casamento Joliot-Curie baseavam-se na idéia de que a radioatividade, até então natural, poderia ser produzida pelo homem, construindo elementos radioativos por bombardeamento com partículas alfa de alguns elementos químicos

.

A descoberta da fissão nuclear

A fissão nuclear emite energia

Em 1938, na véspera da Segunda Guerra Mundial, uma equipe de pesquisadores alemães no Instituto Kaiser Wilhelm em Berlim, com Otto Hahn, Fritz Strassmann, Lisa Meitner e Otto Frisch, interpretou o fenômeno da fissão nuclear, identificando o elemento de bário como Resultado do núcleo dividido de urânio.

 

Primeiros estudos sobre fissão nuclear foram realizados por Otto Hahn e Lise Meitner, com base nos resultados obtidos pelo casamento Joliot-Curie, que através de análise cuidadosa encontrou um elemento de número atômico intermediário em uma amostra de urânio bombardeado com nêutrons

.

Lise Meitner e Otto Frisch podem inferir que ao bombardear urânio com nêutrons, os núcleos de urânio capturaram um nêutron e foram divididos em dois fragmentos, emitindo uma grande quantidade de energia. Foi a descoberta da cisão nuclear.

A bomba atómica

Muitas das grandes invenções da história têm origem Militar. O caso da energia nuclear não é uma exceção.

O Projeto Manhattan

Em 1939, no início da Segunda Guerra Mundial, Albert Einstein recomenda ao Presidente dos Estados Unidos, FD Roosevelt, que desenvolva a bomba atômica. Einstein explicou que através da pesquisa conduzida por Enrico Fermi e Leo Szilard, nos Estados Unidos, e Frédéric Joliot e sua esposa Irene Joliot-Curie em França, logo seria possível desencadear uma cadeia nuclear de reação que liberaria uma grande quantidade de energia . Este procedimento também permitiria a construção de um novo tipo de bombas.

Einstein também mencionou a escassez de reservas de urânio nos Estados Unidos e que as minas deste mineral estavam na antiga Tchecoslováquia e no Congo Belga. Einstein propôs a colaboração entre cientistas e a indústria para desenvolver esta bomba atômica o mais rapidamente possível.

Além disso, relatou que a Alemanha tinha parado a venda do urânio das minas checas, que o Reich tinha tomado sobre. Isso poderia significar que os cientistas do Instituto Kaiser Wilhelm também poderiam estar experimentando a cisão nuclear.

O medo de Albert Einstein sobre a guerra nuclear foi um resultado de seu conhecimento profundo do progresso da pesquisa neste campo. Teve que emigrar aos Estados Unidos em 1933 de Alemanha no início da perseguição dos Jews.

Parte de uma carta escrita por Albert Einstein:

"Trabalho recente de E. Fermi e Szilard LS ... deixe-me assumir que o elemento químico urânio ... pode se tornar uma fonte de energia muito importante novo ... Nos últimos quatro meses a possibilidade de criar uma cadeia de reação nuclear usando Uma grande quantidade de urânio aumentou.Esta reação resultaria em grandes quantidades de energia e novos elementos semelhantes ao raio ... Este novo fenômeno também levar à construção de bombas ...

Dada esta situação, recomendo manter algum contato entre o governo eo grupo de físicos trabalhando em conjunto sobre as reações em cadeia nucleares na América

.

Uma maneira possível de conseguir isso pode ser que você possa atribuir essa responsabilidade a uma pessoa em quem confia.

Sua tarefa a este respeito poderia ser a seguinte: ... assegurar o fornecimento de urânio para os Estados Unidos ... acelerar o trabalho experimental ... levantar fundos ... "

Roosevelt recebeu esta carta sem ilusão excessiva, e criou uma comissão para assumir a responsabilidade de todas as questões mencionadas pelo cientista.

Entre 1940 e 1941 alguns sistemas de medição continham urânio-grafite. Glen Seaborg descobriu um elemento artificial em 1940: plutônio-239, que poderia ser usado para o posterior fabrico da bomba atómica.

A construção da bomba foi confiada ao exército, num projeto de guerra que custaria cerca de 2.500 milhões de dólares. O programa incluiu duas alternativas: a separação do urânio-235 do urânio-238 ea produção de plutônio-239 no grafite Reatores.

2 de dezembro de 1942 um grupo de físicos nucleares europeus, que emigraram para os Estados Unidos e operado pelo físico italiano Enrico Fermi, apresentou a primeira reação em cadeia nuclear produzida pelo homem com a intenção de aplicar pela primeira vez a energia nuclear . O reator nuclear usado, chamado Pile de Chicago (CP-1), era uma estrutura simples e foi estabelecido sob o stadium do football da arquibancada na universidade de Chicago. O combustível utilizado era o urânio, como o que Fermi usou em suas experiências em Roma e o moderador de grafite.

Os preparativos para esta experiência foram realizados com grande segredo. O objetivo da pesquisa foi obter uma reação em cadeia, teoricamente controlada, para permitir o estudo de suas propriedades e desenvolver uma bomba atômica.

A reação em cadeia da fissão começou quando extraíram cuidadosamente as barras de controle. Neste momento, o primeiro reator nuclear na história da energia nuclear tornou-se operacional.

Em 1943 foram levantadas três cidades cheias de instalações de pesquisa: Oak Ridge (Tennessee) para separar o urânio 235 do urânio 238, Hanford para o estabelecimento de reatores nucleares e Los Alamos para construir a bomba atômica. Robert Oppenheimer tornou-se diretor do laboratório de Los Alamos, reunindo cerca de mil cientistas que permaneceriam lá até seis meses após a guerra terminar.

O 16 de julho de 1945 foi realizado o primeiro teste de bomba atômica de plutônio no deserto de Alamogordo (Novo México), com um sucesso total.

A bomba atômica de urânio e plutônio estava pronta ao mesmo tempo. A primeira bomba atômica, chamada Little Boy, consistia em duas massas de urânio-235 que eram projetadas uma sobre a outra com explosivos convencionais. O segundo, chamado Fat Man, consistia em uma esfera oca de plutônio que estava desmoronando ao redor de seu centro pela ação de explosivos convencionais.

6 de agosto de 1945, as duas bombas atômicas que alterariam o curso da história foram abandonadas. Little Boy foi deixado cair em Hiroshima pelo Gay Enola, e o 9 de Agosto Fat Man foi jogado em Nagasaki.

Cogumelo nuvem sobre Hiroshima após a bomba caiu Little BoyA nuvem de cogumelos criada pela bomba Fat Man resultante da explosão nuclear sobre Nagasaki

As condições para a construção de uma bomba atômica, em que alguns físicos soviéticos (como Igor Vasilievich Kurchatov) trabalhou sem sucesso durante a Segunda Guerra Mundial, foram mais rigorosas do que o necessário para o funcionamento bem sucedido de um reator nuclear.

A energia liberada pela detonação é distribuída aproximadamente 35% da radiação térmica, 50% da pressão e 15% da radiação nuclear. Este processo poderia atingir temperaturas de até 14 milhões de graus Celsius. A bomba atômica de Hiroshima lançou 23,2 milhões de KWh.

Uso de energia nuclear para usos pacíficos

Com o intuito de amenizar essa situação, foi organizada uma série de conferências internacionais de natureza técnica sobre os usos pacíficos da energia nuclear. Nesta ocasião, as conversas entre países desenvolvidos com potencial atômico significativo foram um sucesso completo.

Aproveitando a nova situação, o presidente dos EUA, Eisenhower, apresentou seu programa de cooperação internacional "Átomos para a Paz" nas Nações Unidas. A partir desse programa, foi lançada uma série de conhecimentos científicos e tecnológicos que permitiriam a posterior exploração comercial da energia nuclear. O discurso propunha um acordo entre as grandes potências para interromper e reduzir a fabricação de armas nucleares e divulgar a toda a humanidade o conhecimento e os meios materiais, especialmente combustíveis nucleares, para uso em fins pacíficos. Além disso, a criação de órgãos reguladores foi favorecida.

No entanto, países como o Reino Unido e a antiga União Soviética já haviam começado suas pesquisas voltadas para a implantação comercial de energia nuclear.

Tratado definitivo de não proliferação nuclear

Em 1967, a AIEA organizou um grupo de análise de todos os problemas técnicos que poderiam estar contidos em um Tratado de Não Proliferação Nuclear, que entraria em vigor em 1972.

Os países signatários concordaram em não transferir armas nucleares ou colaborar para fabricá-las e se comprometeram a estabelecer as salvaguardas necessárias para o cumprimento.

O desenvolvimento da energia nuclear foi promovido em todos os momentos pelo interesse despertado sobre a produção de eletricidade usando essa fonte de energia. Ao longo das décadas de 1960 e 1970, vários programas nucleares foram iniciados em vários países.

 

Referências

Autor:

Data de publicação: 13 de julho de 2011
Última revisão: 23 de janeiro de 2020