CA68A_aula9_09may2022_alunos

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Prof. Dr. Patricia Krecl
Ciências do Ambiente
CONTEÚDO DA AULA 9
• Geração de energia elétrica
• Usinas nucleares (não renovável)
• Represas hidrelétricas (renovável)
• Uma corrente elétrica produz um campo magnético.
• Será que um campo magnético é capaz de produzir uma corrente 
elétrica? 
Geração de energia elétrica por indução eletromagnética
NÃO
Geração de energia elétrica por indução eletromagnética
Lei de indução de FARADAY (ano 1831)
Uma diferença de potencial será induzida pelas extremidades de uma espira 
se o campo magnético do circuito estiver variando. A tensão induzida é 
diretamente proporcional à taxa com que varia o campo através da espira.
• Um imã em movimento induz uma 
corrente elétrica no fio que a 
rodeia.
• O mesmo acontece se o fio é 
movimentado em relação ao imã.
• Quanto mais rápido se deslocar o 
imã (ou o fio), maior será a 
voltagem induzida. 
As fontes de energia mecânica que movimentam esse condutor (fio) 
podem ser:
- Queda d’ água (energia hidráulica).
-Produção de vapor através da queima de combustíveis (carvão, 
petróleo, gás, urânio, etc.) que aquece água líquida.
- Energia cinética do vento.
Uma usina elétrica deve ser projetada com a capacidade de suprir a 
necessidade máxima de seus consumidores.
Geração de energia elétrica por indução eletromagnética
Energia nuclear
• Fonte não renovável
• Urânio
Reação em cadeia
Para controlar –
deve-se eliminar o 
agente causador da 
fissão (nêutrons)
Energia que 
mantém prótons 
e nêutrons juntos 
no núcleo é a 
ENERGIA 
NUCLEAR
U235 = 92 prótons 
143 nêutrons
Energia nuclear
• Fissão nuclear – descoberta em 1939
• Divisão de um núcleo de urânio fornece dois fragmentos de fissão
com diversos nêutrons o que torna possível a continuação da
fissão em outros núcleos de urânio
Média-vida de um isótopo: tempo necessário para que a metade da 
quantidade original de aquele isótopo decaia em outro elemento.
Por exemplo, o urânio-238 
sofre decaimento, emitindo 
uma partícula alfa (2 prótons e 
2 nêutrons), e forma outro 
elemento químico, o tório-234.
Energia nuclear
A fissão do núcleo de urânio não ocorre espontaneamente na natureza. Deve ser 
bombardeado com nêutrons de baixa energia. Isto não acontece com nenhum 
outro isótopo natural.
Na natureza, o minério de urânio mais comum e importante é a uraninita, 
composta por uma mistura de UO2 (dióxido de urânio) com U3O8 (octóxido de 
triurânio). Existem dois isótopos do urânio:
99,27% de 238U, media-vida: 4,468x109 anos, não físsil 
0,72% de 235U, media-vida: 7,038x108 anos, físsil 
0,0050% de 234U, meia-vida: 2,46x105 anos
ENRIQUECIMENTO do urânio
É preciso dispor de urânio que contenha 3-5% de 235U 
para fabricar o combustível nuclear através de difusão 
ou centrifugação.
Energia nuclear
•Década de 60 - eletricidade barata quando comparada ao petróleo e 
carvão e pudesse representar a base de uma economia dependente 
de energia.
•Década de 70 - aumentou a preocupação com a segurança.
•1979 - primeiro grande acidente com usina nos USA (Three Mile 
Island)
•Abril de 1986 - o grave acidente com a usina nuclear de Chernobyl na 
antiga União Soviética – explosão do reator liberando grande 
quantidade de radioatividade.
Países produtores de urânio
Apenas 25% do território brasileiro 
foi objeto de prospecção, e as duas 
principais reservas são a de Caetité 
(mina Lagoa Real), e a de Santa 
Quitéria.
235U Carvão Petróleo
• 1 kg 3.000 toneladas 14.000 barris
Energia nuclear
1 kg de U235, que contém ~2,6 x 10 24 núcleos, pode fornecer 8x10 10 Btu de
energia sob fissão completa (equivale a energia contida em 3 mil toneladas
de carvão ou 14 mil barris de petróleo).
1 Btu = British Thermal Unit = 252 calorias = 1055 joules
Energia nuclear
O núcleo é 
protegido por uma 
blindagem, 
composta de Fe 
com cimento 
contendo Ba
Barras de 
controle de Cd e 
B – absorvem 
nêutrons
Central nuclear no Brasil
A Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto (CNAAA) tem 2 usinas em operação:
- Angra 1, 1985, potência 640 MW.
- Angra 2, 2001, potência 1.350 MW.
Para os próximos anos, está prevista a entrada em operação de Angra 3, de 1.405 
MW, que está em obras.
Propriedade da Eletronuclear, subsidiária das Centrais Elétricas Brasileiras -
Eletrobras.
Central nuclear no Brasil
Gerenciamento de resíduos radioativos em Angra
Rejeitos de baixa radioatividade: materiais utilizados na operação das usinas 
(luvas, sapatilhas, roupas especiais, equipamentos e até fitas crepes) são 
coletados, separados, e descontaminados para reduzir seus níveis de 
radioatividade. Alguns materiais são triturados e prensados, para ocuparem 
menos espaço e acondicionados em recipientes que bloqueiam a passagem 
dessa radiação.
Resíduos de média radioatividade: compostos de filtros, efluentes líquidos 
solidificados e resinas são acondicionados em uma matriz sólida de cimento e 
mantidos dentro de recipientes de aço apropriados. Com o passar do tempo, 
esse material perde a radioatividade, mas até lá tem de ser encapsulado e 
armazenado em depósitos isolados e monitorados.
Resíduos de alta radioatividade: elementos combustíveis já usados na geração
de energia termonuclear ficam armazenados em piscinas especiais dentro dos
prédios de segurança das usinas.
Energia nuclear
Resíduos radioativos
Desafio: desenvolver um método aceitável e seguro para isolar os 
resíduos radioativos do meio ambiente por milhares de anos.
- Atualmente são armazenados dentro de piscinas de água ou em 
envólucros de casco seco próximos ao reator.
- Mais de 40 mil toneladas encontram-se armazenadas atualmente.
- Tempo muito longo de decaimento dos resíduos ~103 anos para 
decair de 108 para 104 curies.
Sumário das opções de descarte dos resíduos radioativos
Resíduos com alto teor de radioatividade
Formações geológicas
Continentais
Minas 
de sal
Rocha
Eliminação total
Envio ao 
espaço
Transmutação 
em reatores
Oceânicas
Calotas 
polares
Sedimentos no 
leito marinho
Energia nuclear
Energia nuclear: aplicações
MEDICINA NUCLEAR utiliza os radioisótopos, tanto em diagnósticos
como em terapias para tratamento de células cancerígenas.
Diagnóstico: Uso do iodo-131 (I-131) para diagnóstico de tireóide. O 
paciente ingere uma solução de I-131, que vai ser absorvido pela 
glândula que depois passa por um detector.
AGRICULTURA:
Acompanhamento do metabolismo das plantas 
Eliminação de pragas
Conservação de produtos
Radiação beta: feixe de elétrons emitido por substâncias radiotivas, baixo poder de 
penetração.
Utilização: e usado em carnes, vegetais, etc.
http://www.cena.usp.br/irradiacao/irradiacaoalimentos.htm
http://www.cena.usp.br/irradiacao/irradiacaoalimentos.htm
Fonte: Comissão Nacional de Energia Nuclear, www.cnen.gov.br
Energia nuclear: aplicações
INDÚSTRIA
Aviação: inspeções frequentes 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.
Indústria farmacêutica: utiliza fontes radioativas de grande porte para 
esterilizar seringas, luvas cirúrgicas, gaze e material farmacêutico 
descartável, em geral.
http://www.cnen.gov.br/
• ATIVIDADE (A)
Atividade de um radionuclídeo exprime o grau de radioatividade de uma 
determinada quantidade de material radioativo.
Unidade: Ci (Curie): a quantidade de material radioativo em que se desintegram 
3,7 x 1010 átomos por segundo.
Unidade (SI): Bq (Bequerel)
• DOSE ABSORVIDA (D)
Exprime a quantidade de energia que uma radiação ionizante comunica a uma 
determinada quantidade de matéria.
Unidade: rad (Radiation Absorbed Dose ou Dose Absorvida de Radiação). 
Unidade (SI): Gy (Gray) 1J/kg; 1 Gy=100 rad
• DOSE EQUIVALENTE (H)
Medida da dose de radiação num tecido; permite relacionar os vários efeitos 
biológicos de vários tipos de radiação.
Unidade (SI): Sv (Sievert).
Grandezas e unidadesdas radiações
Grandezas e unidades das radiações
Energia nuclear
Efeitos na saúde
Depende da dose: tempo e grau de exposição
Indivíduo exposto a altas doses de radiação: náuseas, dores de 
cabeça, febre, anemia por lesões na medula óssea, hemorragia por 
perda da capacidade de coagulação, dores no ventre e queda de 
cabelo.
Acima de 50 mSv (milisieverts) moradores devem ser retirados. 
Acima de 10 mSv não saem de casa.
A exposição média por pessoa proveniente de fontes naturais é de 
2,4 mSv por ano.
Impactos ambientais da energia nuclear
ETAPAS:
-Mineração
-Beneficiamento
-Enriquecimento (produção de UF6)
-Reconversão e produção de pastilhas UO2
-Geração de energia
-Transporte e embarque de produtos intermediários
-Reprocessamento e disposição final de resíduos
• Emissões de radionuclídeos (isótopos xenônio e criptônio) que 
afetam todas as formas de vida, aquíferos, solos e atmosfera.
• Polêmico: disposição final de resíduos de alto teor radioativo
• Emissões indiretas de CO2 (motores/transporte)
Escala INES (International Nuclear Events Scale): 
quantifica a gravidade dos incidentes e acidentes nucleares
Acidente nuclear
A explosão liberou 10 vezes mais radiação do que a bomba de Hiroshima – 100 
milhões de curies.
Para estancar o fogo, foram jogados toneladas de areia, boro para absorver as 
emissões de nêutrons e chumbo para blindagem.
Hoje o reator está entumbado em 300 mil toneladas de concreto
•A nuvem radioativa se propagou sobre o norte da Europa e contaminou 
suprimentos de alimentos. Foram encontrados resquícios de radiação a 3.500 km 
do local.
• 31 mortes imediatas
• Hospitalização de centenas
• Estima-se que a nuvem de Chernobyl vai causa ~15 a 20 mil mortes adicionais 
por câncer ao redor do planeta nos próximos 50 anos (representa um pequeno 
aumento na porcentagem de câncer natural). Mais observado foi aumento de 
câncer de tiroide em crianças.
Acidente nuclear de Chernobyl
A nuvem radioativa produzida por 
Chernobyl espalhou-se de forma 
errática pela Europa Ocidental.
Localidades na Suécia registraram 
valor de radiação 100 vezes maior 
do que a radiação de fundo, 
enquanto cidades ao redor 
receberam doses muitos maiores.
Ao todo 160 mil pessoas foram 
evacuadas da área vizinha em um 
raio de 30 km.
Acidente nuclear de Chernobyl
Acidente de Chernobyl
Assista o vídeo preparado pelo canal Globo (Brasil) no aniversário 
30 do acidente nuclear
https://globoplay.globo.com/v/4978612/
Acidente nuclear de Fukushima 
(Daiichi)
11/03/2011: Terremoto magnitude 9,0 na escala sismológica na costa NE do 
Japão, seguido de um tsunami. O tsunami gerou ondas de 15 m de altura, 
inundou 560 km2 e matou 19.500 pessoas com danos a portos e cidades 
costeiras, com mais de um milhão de edifícios destruídos ou parcialmente 
desabados.
Nesse dia, os reatores 1, 2 e 3 estavam operando, enquanto as unidades 4, 5 e 6 
estavam em corte por uma inspeção periódica.
Quando o terremoto foi detectado, as unidades 1, 2 e 3 se desligaram 
automaticamente. Ao desligar-se os reatores, parou a produção de eletricidade.
Ausência de um muro de contenção adequado para a altura das ondas (a planta 
Daiichi foi criada na década de 1960), alagou a usina e o sistema de resfriamento 
foi comprometido.
Acidente nuclear de Fukushima (Daiichi)
https://www.world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/safety-of-plants/fukushima-daiichi-accident.aspx
O principal radionuclídeo foi o iodo-131 (volátil, meia-vida: 8 dias); seguido de césio-
137 (meia-vida: 30 anos, transportado pela pluma e contaminar o solo, forte emissor
gama em sua decadência), césio-134 (meia-vida: 2 anos; solúvel).
http://www.world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/safety-of-plants/fukushima-daiichi-accident.aspx
http://www.world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/safety-of-plants/fukushima-daiichi-accident.aspx