Tema 3 Centrais geradoras de energia nuclear

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<p>Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>Profa. Isabela Oliveira</p><p>Descrição</p><p>Você vai entender os estudos em geração de energia com foco principal</p><p>nas usinas nucleares, base para o estudo do sistema elétrico.</p><p>Propósito</p><p>A energia elétrica produzida pelas usinas nucleares é fundamental para</p><p>o bom funcionamento e fortalecimento do sistema elétrico. É</p><p>importante compreender os conceitos básicos das centrais nucleares e</p><p>como elas funcionam para entender melhor os critérios operacionais e</p><p>as possíveis ações a serem tomadas para melhorar o desempenho</p><p>energético do país.</p><p>Objetivos</p><p>Módulo 1</p><p>Princípio de funcionamento de uma usina</p><p>nuclear</p><p>Analisar o princípio de funcionamento de uma central nuclear.</p><p>Módulo 2</p><p>Reatores nucleares</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 1/51</p><p>Identificar as principais reações utilizadas nos processos nucleares,</p><p>bem como as características das usinas existentes.</p><p>Módulo 3</p><p>O papel do urânio na geração nuclear</p><p>Reconhecer o principal combustível utilizado nas usinas e como é</p><p>feito seu tratamento.</p><p>Introdução</p><p>Olá! Antes de iniciarmos, assista ao vídeo sobre a conversão da</p><p>energia nuclear em elétrica, iniciando com uma apresentação</p><p>sobre o modelo atômico e as principais descobertas cientificas.</p><p>1 - Princípio de funcionamento de uma usina nuclear</p><p>Ao �nal deste módulo, você será capaz de analisar o princípio de funcionamento de uma</p><p>central nuclear.</p><p></p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 2/51</p><p>Conceitos gerais da geração nuclear</p><p>Neste vídeo, apresentamos um panorama com os principais conceitos</p><p>relacionados ao processo de geração de energia nuclear.</p><p>Geração nuclear</p><p>Neste vídeo, você verá uma análise sobre as descobertas que</p><p>resultaram no uso da energia nuclear.</p><p>Construção do modelo atômico</p><p>As teorias e aplicações que envolvem a energia nuclear percorreram um</p><p>longo caminho até que esta forma de energia se tornasse uma fonte</p><p>viável para aplicação em diversas áreas.</p><p>Curiosidade</p><p>O estudo envolvendo a energia nuclear é resultado de diversos</p><p>experimentos e observações da estrutura atômica, que tiveram início no</p><p>século XIX, quando foram propostos os primeiros postulados que</p><p>determinaram, em teoria, o que seria o átomo, dizendo que esta</p><p>partícula era indivisível e capaz de movimentar por si mesma.</p><p>Mais tarde, em meados de 1800, o cientista John Dalton propôs o que é</p><p>conhecido como teoria atômica, afirmando a teoria da indivisibilidade</p><p>do átomo.</p><p>Dalton apresentou um modelo representativo que ficou conhecido como</p><p>bola de bilhar, que pode ser observado na imagem apresentada a seguir.</p><p>No entanto, essas afirmações foram contestadas mais de noventa anos</p><p>depois, com os estudos que levaram à descoberta da radioatividade.</p><p>A teoria de Dalton evoluiu por meio dos estudos do físico Amadeo</p><p>Avogadro, que observou que um aglomerado de átomos compunha uma</p><p>molécula. A partir disso, houve expressivos avanços na capacidade de</p><p>descrição dos elementos químicos.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 3/51</p><p>Modelo atômico bola de bilhar proposto por Dalton.</p><p>Por volta de 1834, verificou-se que os átomos possuíam a capacidade</p><p>de transportar cargas elétricas. Essa descoberta se deu em após as</p><p>interpretações das leis da eletrólise, que são resultado dos estudos de</p><p>Michael Faraday.</p><p>Em 1895, estudos sobre a radiação eram desenvolvidos, nos quais se</p><p>identificavam radiações com capacidade de atravessar corpos opacos.</p><p>Nos anos seguintes, diversos cientistas se dedicaram aos estudos</p><p>sobre materiais fosforescentes e fluorescentes, dos quais destacamos</p><p>dois importantes marcos:</p><p>1896: Henri Becquerel foi capaz de comprovar que sais de urânio</p><p>emitem radiação.</p><p>1898: Madame Curie comprovava o mesmo comportamento</p><p>radioativo (apresentado por Henri Becquerel) para o elemento</p><p>químico: tório. Em companhia de seu marido, Pierre Curie,</p><p>descobriram nesse mesmo ano o polônio e, em 1910, o rádio. Essas</p><p>descobertas deixavam evidentes que o comportamento radioativo</p><p>não era uma característica do urânio.</p><p>O modelo atômico passou por algumas modificações ao longo do</p><p>tempo. A primeira proposta além da indivisibilidade veio do cientista J.</p><p>J. Thomson, com o modelo conhecido como pudim de passas ou pudim</p><p>de ameixas, como pode ser visto na imagem a seguir:</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 4/51</p><p>Modelo atômico de Thomson.</p><p>Junto da concepção do modelo atômico, Thomson passou a estudar o</p><p>comportamento do elétron, acompanhado por Lorentz por volta de</p><p>1897. A presença do elétron indicava a existência de partículas menores</p><p>que o átomo. A partir dessa nova premissa, definiu-se a constituição</p><p>proporcional dos raios catódicos.</p><p>Já cientes de um novo modelo atômico e da existência de subpartículas,</p><p>os estudos posteriores se concentraram na verificação dos tipos de</p><p>radiação emitidos, sendo elas: alfa, beta e raios gama. Foi a partir</p><p>dessas verificações que, em 1911, Ernest Rutherford comprovou a</p><p>divisibilidade do átomo e determinou um novo modelo atômico,</p><p>apresentando a descoberta do núcleo. Confira:</p><p>Constituição proporcional</p><p>Relação entre a massa e a carga das partículas.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 5/51</p><p>Modelo Atômico de Rutherford.</p><p>A partir deste novo modelo, vieram estudos relacionados à estabilidade</p><p>atômica, teorias quânticas e orbitação eletrônica, que colaboraram</p><p>ajustando o modelo proposto. Diversos pontos foram colocados em</p><p>discussão desde o primeiro modelo apresentado e nos anos seguintes,</p><p>como:</p><p>Após a proposta do modelo atômico de Rutherford, os estudos de Bohr</p><p>e Schrödinger contribuíram para aprimorar o modelo, que ainda é</p><p>utilizado atualmente. O modelo contém as representações das cargas</p><p>que vieram a ser descobertas ao longo dos anos e retrata os estudos</p><p>acumulados desses vários cientistas citados.</p><p>Com as descobertas relacionadas à composição do átomo, os</p><p>elementos puderam ser classificados de acordo com a quantidade de</p><p>elétrons, prótons (representado pelo número atômico) e nêutrons, em</p><p>que a quantidade de partículas presentes no núcleo é descrita pela</p><p>massa atômica.</p><p>Na imagem a seguir, é possível verificar a evolução dos modelos</p><p>atômicos, sendo o último o modelo vigente.</p><p>Evolução do modelo atômico.</p><p>Conhecendo a existência de um núcleo e das partículas que o</p><p>compunham, foram levantados argumentos sobre a possibilidade</p><p>dessas partículas se manterem agrupadas por intermédio da atuação de</p><p>uma força (década de 1920). Essa força recebeu o nome de força</p><p>nuclear e foi proposta por Heisenberg. Notou-se que a força nuclear era</p><p>responsável pela emissão de algumas formas de radiação e, mais uma</p><p>vez, discussões foram levantadas com o intuito de utilizá-la para</p><p>produzir energia.</p><p>O uso da energia nuclear</p><p> Quantização da energia.</p><p> Classificação do núcleo (se: positivo, negativo ou</p><p>neutro).</p><p> Movimentação das cargas.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 6/51</p><p>As descobertas dos diversos cientistas, desde a primeira concepção do</p><p>modelo atômico, foram essenciais para entender o comportamento do</p><p>átomo, sua composição e do comportamento radioativo. A partir disso,</p><p>esses conhecimentos puderam ser aplicados nas mais diversas áreas,</p><p>inclusive, na área de geração de eletricidade, que é o assunto principal</p><p>deste conteúdo.</p><p>Com a descoberta das forças nucleares e a possibilidade de geração de</p><p>energia, uma nova onda de estudos foi proposta visando desenvolver e</p><p>utilizar a energia nuclear. Nesse meio, destacamos o nome do físico</p><p>Enrico Fermi,</p><p>pela descoberta sobre o decaimento das partículas beta</p><p>. Por volta da década de 1930, a radioatividade fazia grandes</p><p>avanços, como veremos a seguir.</p><p>Decaimento das partículas beta</p><p>Este decaimento pode ser negativo ou positivo . No decaimento</p><p>negativo, um nêutron se converte em um próton, emitindo do núcleo, um</p><p>elétron e um antineutrino de elétron. No decaimento positivo, um próton se</p><p>converte em um nêutron, emitindo do núcleo, um pósitron e um neutrino de</p><p>elétron. Esses rearranjos ocorrem em núcleos instáveis, que emitem</p><p>radiação ionizante , buscando estabilidade.</p><p>1933</p><p>Enrico Fermi propunha um artigo sobre decaimento das</p><p>partículas beta, um importante ponto, apesar do decaimento</p><p>atualmente ser uma realidade, para a época esse comportamento</p><p>era muito distinto do que se observava e, por isso, o artigo foi</p><p>rejeitado em várias revistas. Além disso, atribui-se a Fermi o</p><p>estudo das irradiações em elementos com diferentes pesos</p><p>atômico.</p><p>Esquema ilustrativo do processo de decaimento beta.</p><p>1938</p><p>Otto Hahn e Fritz Strassman descobriam a fissão nuclear. Essa</p><p>reação é o processo fundamental para geração de energia</p><p>(β)</p><p>(β−) (β+)</p><p>β</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 7/51</p><p>nuclear. No processo de fissão, que explicaremos com detalhes</p><p>mais adiante, a força que une as partículas do núcleo é rompida</p><p>através do bombardeamento de nêutrons. Isso faz com que o</p><p>núcleo seja dividido em duas partes de menor peso e liberando a</p><p>energia ali contida.</p><p>Esquema ilustrativo do processo de fissão nuclear.</p><p>1939</p><p>Estudos em torno do processo de fissão indicavam que esta</p><p>reação poderia acontecer em cadeia, isso é, o processo de fissão</p><p>provocaria outros subprocessos, liberando altíssimos valores de</p><p>energia o que, como consequência, seria capaz de produzir um</p><p>novo explosivo de origem nuclear.</p><p>Esquema ilustrativo de reação em cadeia de fissão nuclear.</p><p>A possibilidade de uma reação em cadeira foi posteriormente publicada</p><p>por diversos colaboradores, chamando a atenção dos governos que,</p><p>naquele momento, viam o mundo adentrar na Segunda Guerra Mundial.</p><p>Por motivos políticos, as grandes descobertas envolvendo a</p><p>radioatividade acabaram por desviar para o desenvolvimento de</p><p>arsenais bélicos e, por essas razões, os primeiros “marcos” do uso da</p><p>energia nuclear acabaram promovendo uma imagem depredativa em</p><p>relação a esse recurso.</p><p>Curiosidade</p><p>Há registros de uma carta enviada a Albert Einstein, um dos grandes</p><p>nomes envolvidos nos estudos da fissão nuclear e reação em cadeia. A</p><p>carta, redigida pela marinha americana, tinha o objetivo de contatar os</p><p>estudiosos e estreitar a ligação entre o governo e os cientistas da época</p><p>para o desenvolvimento de artefatos bélicos. Foi no período da Segunda</p><p>Guerra que se estabeleceu, nos Estados Unidos, o projeto Manhattan,</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 8/51</p><p>composto por nomes importantes da época como: Enrico Fermi, Hans</p><p>Bethe e Leo Szilard.</p><p>O projeto Manhattan foi o responsável pela explosão de três bombas</p><p>atômicas no ano de 1945, dentre elas a de Hiroshima e a de Nagasaki,</p><p>como observaremos nas imagens a seguir:</p><p>Modelo reproduzido da bomba Little boy, que explodiu em Hiroshima.</p><p>Modelo reproduzido da bomba Fat boy, que explodiu em Nagasaki.</p><p>Somente no pós-guerra que a energia nuclear teve ascensão como fonte</p><p>de energia elétrica, porém ainda que o espaço de desenvolvimento foi</p><p>inicialmente para artefatos bélicos, o primeiro reator foi construído em</p><p>1942, na Universidade de Chicago, ainda durante a Segunda Guerra, em</p><p>um estudo liderado por Enrico Fermi.</p><p>As imagens a seguir mostram a equipe responsável pelo</p><p>desenvolvimento do primeiro reator nuclear e o seu projeto,</p><p>respectivamente.</p><p>Equipe responsável pelo desenvolvimento do primeiro reator.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 9/51</p><p>Chicago Pile-1, primeiro reator construído.</p><p>Princípio da geração de energia</p><p>nuclear</p><p>Descubra, assistindo ao vídeo, como funciona uma central nuclear.</p><p>Conversão da energia</p><p>Ainda que a energia nuclear possa ser utilizada com outros propósitos, o</p><p>objetivo desse conteúdo é apresentá-la como uma possibilidade de</p><p>geração de eletricidade. Considerando essa aplicação, é importante</p><p>compreender como o calor liberado do processo de quebra das ligações</p><p>nucleares pode ser aproveitado. Assim, o princípio de funcionamento de</p><p>uma usina nuclear pode ser comparado com os das centrais térmicas já</p><p>que, em ambas, o objetivo é transformar o calor em energia elétrica,</p><p>vejamos:</p><p>Centrais térmicas</p><p>A eletricidade é obtida do calor proveniente da queima de carvão ou</p><p>combustível.</p><p>Usina nuclear</p><p>O calor é obtido através da fissão nuclear.</p><p>Nesse contexto, o processo de quebra das ligações nucleares ou</p><p>rompimento da força que une as partículas do núcleo produz calor. O</p><p>calor produzido é utilizado para aquecimento da água, que terá seu</p><p>estado alterado para o vapor. A movimentação da turbina, que fica</p><p>acoplada ao eixo do gerador, se dá devido à expansão do vapor da água.</p><p>Ao movimentar-se, a turbina promove rotação no eixo mecânico do</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 10/51</p><p>gerador, que passará a transformar a energia cinética em energia</p><p>elétrica.</p><p>Nas usinas nucleares, o combustível utilizado para gerar calor fica</p><p>imerso em fluidos refrigerantes e moderadores, que têm o objetivo de</p><p>controlar as reações nucleares, lembrando que a fissão é uma reação</p><p>que ocorre em cadeia. De uma forma geral, utiliza-se água tanto como</p><p>refrigerante quanto moderador, mas não é uma regra, isso dependerá do</p><p>modelo do reator. Quando se utiliza água, esta pode ser fervente ou</p><p>pressurizada.</p><p>Núcleo do reator com as placas de combustível brilhando em azul brilhante e submerso em água</p><p>para resfriamento.</p><p>Há ainda reatores que utilizam água alterada quimicamente, ou água</p><p>pesada, e além desses, existem reatores refrigerados a gás.</p><p>As reações nucleares acontecem no reator. Dentro dele, as reações</p><p>promovem liberação de energia e por isso a temperatura da água é</p><p>elevada, podendo alcançar valores na faixa de . Essa</p><p>temperatura é muito variável, oscilando com o modelo do reator.</p><p>Dependendo do modelo de reator, acrescenta-se o chamado</p><p>pressurizador, que tem a função de elevar a pressão da água para que</p><p>ela não se transforme em vapor dentro do núcleo do reator.</p><p>Um exemplo de modelo de reator com pressurizador é o PWR (pressured</p><p>water reactor, em português, reator de água pressurizada). Neste</p><p>modelo, a água é aquecida no reator, mas possui a pressão alterada</p><p>para não evaporar. Essa água, em alta temperatura e pressão, percorre o</p><p>sistema de geração através de tubulações que também podem ser</p><p>chamados de circuitos. Esse modelo possui três circuitos de água, em</p><p>que estas não se misturam:</p><p>315 ∼ 320∘C</p><p> Primário</p><p>A água é aquecida e enviada aos geradores.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 11/51</p><p>Agora, vejamos a estrutura interior de um reator nuclear em uma usina</p><p>nuclear na imagem a seguir:</p><p>Esquema de uma planta de um reator PWR.</p><p>Como existem diversos modelos de reatores, o funcionamento pode ser</p><p>um pouco distinto para cada um deles. Alguns modelos serão</p><p>discutidos em detalhes ao longo deste material, visando apresentar as</p><p>diversas possibilidades de geração de eletricidade.</p><p>Na imagem a seguir, temos a configuração de uma central geradora de</p><p>eletricidade via energia nuclear. Como é possível observar, a energia,</p><p>após gerada, passa por estações transformadoras, que alteram o nível</p><p>de tensão, permitindo o transporte da eletricidade pelo sistema de</p><p>transmissão. As unidades nucleares</p><p>são interligadas no SIN (Sistema</p><p>Interligado Nacional) e contribuem com o abastecimento energético do</p><p>país.</p><p>Central Geradora de eletricidade via energia nuclear.</p><p>Propriedade radioativa</p><p> Secundário</p><p>A água nos geradores entrará em contato com a</p><p>tubulação de água aquecida enviada do circuito</p><p>primário e transformará em vapor.</p><p> Circuito de circulação</p><p>O vapor retorna ao estado líquido pela utilização de</p><p>um condensador, que utiliza água refrigerada no</p><p>processo, e que se encontra no circuito de</p><p>circulação.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 12/51</p><p>Assista ao vídeo e compreenda o comportamento radioativo e saiba</p><p>como é realizado o processo de descarte dos elementos.</p><p>A radioatividade</p><p>A radioatividade, característica de alguns elementos químicos, se refere</p><p>justamente à capacidade de emitir energia. Essa energia é liberada a</p><p>partir de partículas, que podem ser alfa, beta ou raios gama, e é feita</p><p>sob a forma de onda, conhecida então como radiação ionizante. Ao</p><p>emitir partículas, um núcleo passa por um processo de decaimento. Isso</p><p>significa que a energia deste núcleo é reduzida e a instabilidade do</p><p>elemento dá lugar à estabilidade.</p><p>Alfa, beta ou raios gama</p><p>Quanto à emissão de ondas, destacamos que ocorre sob a forma de</p><p>partículas alfa e beta ou de ondas eletromagnéticas, ou raios gama.</p><p>O decaimento é uma característica importante,</p><p>especialmente quando se discute critérios de descarte de</p><p>material radioativo.</p><p>Um dos maiores problemas relacionados a materiais com essa</p><p>característica, tanto na indústria de geração de eletricidade, quando em</p><p>outras aplicações, é o tratamento do lixo radioativo. A forma correta é</p><p>armazenar em um local isolado, para que o decaimento ocorra, e após</p><p>isso, o material atinja a estabilidade.</p><p>Exemplo</p><p>O descarte inadequado pode promover acidentes como o de Goiânia</p><p>com o Césio-137 em 1987. O evento pode ser descrito da seguinte</p><p>forma: uma máquina radiológica foi vendida a um ferro-velho, onde o</p><p>isótopo, Césio 137, foi retirado. Em resumo, o material emitia um brilho</p><p>que acabou atraindo a atenção da população e a contaminando. Ainda</p><p>hoje as pessoas sofrem com esses efeitos.</p><p>O cálculo do decaimento de um material pode ser feito a partir da</p><p>seguinte equação:</p><p>Em que:</p><p>: massa final do elemento</p><p>: massa inicial do elemento</p><p>m =</p><p>mo</p><p>2x</p><p>m</p><p>mo</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 13/51</p><p>: número de meias vidas do elemento</p><p>A meia vida de um elemento radioativo é o tempo necessário para que a</p><p>amostra se reduza à metade. Em geral, o descarte adequado requer que</p><p>o material fique confinado, aproximadamente, entre 50 e 300 anos, em</p><p>local revestido, evitando que a radiação vá para o meio ambiente.</p><p>Falta pouco para atingir seus objetivos.</p><p>Vamos praticar alguns conceitos?</p><p>Questão 1</p><p>(CESPE/CEBRASPE – 2022) No acidente com Césio-137, ocorrido</p><p>em setembro de 1987 em Goiânia, o material radioativo foi</p><p>encontrado em um aparelho de radioterapia abandonado e logo</p><p>depois vendido em um ferro-velho. A amostra de Cloreto de Césio</p><p>foi capaz de contaminar muitas pessoas e causou algumas mortes</p><p>na cidade.</p><p>O decaimento radioativo do Césio está representando no gráfico a</p><p>seguir.</p><p>Gráfico do decaimento radioativo no acidente com Césio-137.</p><p>Considerando essas informações e sabendo que essa amostra</p><p>radioativa deve ficar isolada por pelo menos 270 anos para que a</p><p>massa restante (0,037g) não represente um grande risco para a</p><p>população, é correto inferir que a massa inicial da amostra contida</p><p>no equipamento era</p><p>x</p><p>A inferior a 2g.</p><p>B igual ou superior a 10g.</p><p>C igual ou superior a 2g e inferior a 3g.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 14/51</p><p>Parabéns! A alternativa B está correta.</p><p>%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%3Cp%20class%3D'c-</p><p>paragraph%20u-title--</p><p>medium'%3EProjetando%20no%20gr%C3%A1fico%2C%20a%20meia%20vida%20do%20elemento%2C%20ou%2</p><p>paragraph%20u-title--</p><p>medium'%3E%5C(m%3D%5Cfrac%7Bm_o%7D%7B2%5Ex%7D%5C)%3C%2Fp%3E%0A%20%20%20%20%20%20%</p><p>paragraph%20u-title--</p><p>medium'%3EE%20sabendo%20que%20a%20massa%20final%20%C3%A9%20de%200%2C037g%2C%20tem-</p><p>se%3A%3C%2Fp%3E%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%3Cp%20class%3</p><p>paragraph%20u-title--</p><p>medium'%3E%5C(0%2C037%3D%5Cfrac%7Bm_o%7D%7B2%5E%7B270%20%2F%2030%7D%7D%5C)%3C%2Fp%</p><p>paragraph%20u-title--</p><p>medium'%3EA%20massa%20inicial%20do%20elemento%2C%20%5C(m_o%5C)%2C%20%C3%A9%20de%2018%</p><p>Questão 2</p><p>(IMA-2016) Os átomos são classificados em diferentes elementos</p><p>químicos devido às características específicas relacionadas à sua</p><p>estrutura. Estas características são, principalmente, o número</p><p>atômico e o número de massa e correspondem, respectivamente</p><p>Parabéns! A alternativa C está correta.</p><p>%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%3Cp%20class%3D'c-</p><p>paragraph'%3EOs%20elementos%2C%20devido%20%C3%A0s%20descobertas%20cientificas%2C%20passaram</p><p>D igual ou superior a 3g e inferior a 5g.</p><p>E igual ou superior a 5g e inferior a 10g.</p><p>A</p><p>ao número de elétrons do átomo, à soma do número</p><p>de prótons e nêutrons do átomo.</p><p>B</p><p>ao número de nêutrons do átomo, à soma do número</p><p>de prótons e nêutrons do átomo.</p><p>C</p><p>ao número de prótons do átomo, à soma do número</p><p>de prótons e nêutrons do átomo.</p><p>D</p><p>ao número de prótons do átomo, à soma do número</p><p>de prótons e elétrons do átomo.</p><p>E</p><p>ao número de elétrons do átomo, à soma de prótons e</p><p>elétrons do átomo.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 15/51</p><p>2 - Reatores nucleares</p><p>Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car as principais reações utilizadas nos</p><p>processos nucleares, bem como as características das usinas existentes.</p><p>Como utilizar as reações nucleares</p><p>Neste vídeo, você vai compreender os processos de reação nuclear,</p><p>conhecer os tipos de reatores existentes e a classificação das usinas</p><p>nucleares.</p><p>Fissão e fusão</p><p>Neste vídeo, você vai entender como ocorrem as reações de fissão e</p><p>fusão, bem como a forma de controlar a reação em cadeia.</p><p>O átomo</p><p>Por muitos anos, o átomo foi considerado a menor partícula da matéria,</p><p>sendo indivisível. Sabe-se, porém, que essa teoria foi revisada e</p><p>atualmente temos um modelo no qual o átomo é composto das</p><p>partículas subatômicas, como mostra a imagem a seguir.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 16/51</p><p>Modelo atômico de Bohr de um átomo de nitrogênio.</p><p>No modelo atômico, o núcleo concentra a massa do átomo, cuja</p><p>composição é dada por nêutrons e prótons (carga neutra e positiva,</p><p>respectivamente). Em torno, orbitam os elétrons (carga negativa). Para</p><p>que as partículas do núcleo fiquem juntas, existe ali uma força entre</p><p>elas que, quando rompida, libera altos valores de energia, conhecida por</p><p>energia nuclear ou energia de ligação.</p><p>Fissão Nuclear</p><p>A fissão nuclear é a forma utilizada para retirar a energia que une as</p><p>partículas do núcleo.</p><p>A proposta da técnica se resume em pegar um núcleo considerado</p><p>pesado, isto é, com alta concentração de partículas no núcleo (prótons e</p><p>nêutrons) e, por meio do bombardeamento de nêutrons, dividi-lo em</p><p>dois. Assim, ao quebrá-lo, as forças de ligação seriam rompidas e a</p><p>energia liberada sob a forma de calor, semelhante ao processo de</p><p>queima de combustível.</p><p>A imagem a seguir mostra como ocorre o processo de fissão.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 17/51</p><p>Reação de fissão.</p><p>Reação em cadeia</p><p>A fissão nuclear, contudo, não é um processo único, onde bombardeiam-</p><p>se nêutrons e o núcleo divide-se somente uma vez. Observamos ali o</p><p>efeito da reação em cadeia. Em</p><p>resumo, para cada reação de fissão, há</p><p>liberação de cerca de dois ou três nêutrons da estrutura e que</p><p>possivelmente geram novas colisões. Estas novamente liberarão novos</p><p>nêutrons e assim sucessivamente, como pode ser visto na imagem a</p><p>seguir.</p><p>Reação em cadeia.</p><p>Para que a fissão nuclear seja efetivamente aplicada, é necessário</p><p>controlar a reação em cadeia, do contrário ela só irá cessar quando não</p><p>houver mais o que consumir. Para isso, é necessário eliminar o agente</p><p>responsável pelas colisões, o nêutron. No intuito de realizar essa</p><p>eliminação, adiciona-se dentro do reator, algum elemento que seja capaz</p><p>de absorver esses nêutrons e neutralizar a reação.</p><p>É importante deixar claro que a reação em cadeia só ocorre sob a</p><p>existência de uma determinada massa do átomo, que recebe o nome de</p><p>massa crítica. A reação em cadeia para de ocorrer em cenários como a</p><p>neutralização desta reação, como nos reatores, ou o consumo de massa</p><p>do isótopo nuclear, até um valor inferior à massa crítica.</p><p>Fusão nuclear</p><p>O processo de fusão nuclear é completamente diferente da fissão, mas</p><p>com a mesma finalidade: produzir energia. Vejamos:</p><p>Fissão nuclear</p><p>Um núcleo pesado se</p><p>divide em dois mais</p><p>leves.</p><p>Fusão nuclear</p><p>É feita a combinação de</p><p>dois núcleos mais leves</p><p>resultando em um mais</p><p>pesado.</p><p></p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 18/51</p><p>Essa junção de núcleos, assim como a separação, libera energia. Essa</p><p>reação é a mesma que ocorre no sol e demais estrelas.</p><p>No processo, ao unir dois átomos leves, parte da massa é transformada</p><p>em energia e liberada sob a forma de calor e pode ser justificada pela</p><p>relação de Einstein , em que m é a massa do núcleo e c é a</p><p>constante que representa a velocidade da luz no vácuo.</p><p>Diversos estudos estão sendo realizados com o intuito de utilizar a</p><p>fusão nuclear para produzir energia em maior escala, assim como é</p><p>feito com a fissão, pois a liberação de energia desse tipo de reação é</p><p>bastante elevada e faz com que seja uma opção viável. No entanto, até</p><p>o momento, os custos para a geração de energia através da fusão</p><p>nuclear superam o valor gerado, tornando o processo ineficiente.</p><p>Saiba mais</p><p>Uma bomba feita a partir de um processo de fusão pode resultar em</p><p>algo pior que o que foi visto em Hiroshima.</p><p>Atualmente, todas as usinas nucleares operam através da fissão nuclear,</p><p>enquanto a fusão fica destinada a projetos bélicos e estudos.</p><p>Na imagem a seguir temos a representação de uma reação de fusão</p><p>dos elementos deutério e trítio, formando o hélio e liberando um</p><p>nêutron.</p><p>Diagrama de fusão nuclear.</p><p>O reator</p><p>Aspectos gerais de um reator nuclear</p><p>Um dos principais dispositivos que compõem uma usina nuclear é o</p><p>reator. É a partir dele que se torna possível realizar as reações nucleares</p><p>de forma controlada. Este dispositivo é uma espécie de câmera, que</p><p>comporta o calor liberado no processo e o controla. Para compreender</p><p>melhor o funcionamento e papel de um reator, é importante familiarizar-</p><p>se com os aspectos construtivos desse equipamento e quais as</p><p>funções que cada parte exerce.</p><p>(E = mc2)</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 19/51</p><p>Alguns materiais e principais partes que compõem os reatores são</p><p>descritos a seguir, juntamente com as funções que exercem.</p><p> Combustível</p><p>Material responsável pela produção das reações</p><p>nucleares que ocorrerão no reator. Em geral, utiliza-</p><p>se como combustível: tório, plutônio e urânio, sendo</p><p>o urânio o mais comum.</p><p> Núcleo</p><p>Parte interna do reator, onde ocorrem as reações.</p><p>Nele, se encontram as chamadas varetas de</p><p>combustível, que armazenam o combustível que</p><p>será utilizado. Os elementos combustíveis ficam</p><p>situados em uma espécie de vaso de pressão, que</p><p>também serve para impedir vazamento de material</p><p>radioativo.</p><p> Moderador</p><p>Material utilizado redução da velocidade dos</p><p>nêutrons liberados, em geral são utilizados o grafite,</p><p>água leve ou pesada, o que irá depender do modelo</p><p>de reator.</p><p> Absorvedor ou controlador</p><p>Materiais utilizados para absorção e neutralização</p><p>da reação em cadeia. Utiliza-se em geral: boro</p><p>cádmio, índio e prata.</p><p> Refrigerantes</p><p>Responsáveis por transportar o calor do núcleo e</p><p>resfriá-lo. A reação que ocorre em seu interior tem o</p><p>objetivo de retirar a energia dos combustíveis,</p><p>liberando calor e aumentando a temperatura. Para</p><p>refrigerar o equipamento, utiliza-se em geral água</p><p>leve ou pesada, CO2 ou até mesmo metais líquidos,</p><p>que retiram o calor do núcleo e o levam para serem</p><p>transformados em energia, por exemplo.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 20/51</p><p>Os reatores são construídos de forma que a parte estrutural, isto é, o</p><p>revestimento, é feito em aço, inox ou ligas de níquel. Além disso, a peça</p><p>é blindada para que a radiação não atravesse para o meio externo.</p><p>Na imagem a seguir, é possível ver um exemplo de reator com suas</p><p>partes principais, lembrando que existem diversos modelos de reatores</p><p>e que podem sofrer alteração quanto ao modelo construtivo:</p><p>Exemplo de um reator nuclear e suas partes.</p><p>Tipos de usinas nucleares</p><p>As usinas nucleares evoluíram ao longo dos anos conforme o</p><p>aprimoramento dos conhecimentos e engenharia aplicada. Ao longo</p><p>deste tópico, serão apresentadas as características básicas de cada</p><p>uma delas, com foco principal nos reatores utilizados.</p><p>Classi�cação das plantas nucleares</p><p>As plantas nucleares são classificadas conforme a geração, isto é,</p><p>tecnologia e aplicação dos reatores. Vejamos as seguintes gerações:</p><p>I</p><p> Gerador de vapor</p><p>Essa peça só é encontrada em reatores que</p><p>utilizam água como refrigerante, e tem a função de</p><p>receber a água pressurizada e transformá-la em</p><p>vapor.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 21/51</p><p>Protótipos produzidos entre 1950 e 1965, cuja finalidade era a</p><p>pesquisa e demonstração.</p><p>II</p><p>Primeiros reatores para fins comerciais, produzidos entre 1965 e</p><p>1995. Exemplos nacionais: Angra I e Angra II.</p><p>III</p><p>Classe de reatores em operação, atualmente, produção iniciada</p><p>em 1995.</p><p>III+</p><p>Reatores que estão sendo licenciados e alguns já estão em</p><p>operação, basicamente uma transição entre III e IV.</p><p>IV</p><p>Classe futura de reatores, ainda em investigação (estudos),</p><p>portanto teóricos. Nesta, considera-se a necessidade de</p><p>produção de energia elétrica nuclear em larga escala. A</p><p>expectativa de desenvolvimento é para 2030, aproximadamente.</p><p>Classi�cação dos reatores</p><p>A geração nuclear é a forma de se obter energia elétrica a partir da</p><p>conversão do calor proveniente de uma reação, que pode ser de fissão</p><p>ou fusão. Neste ambiente, vale ressaltar que a produção de energia a</p><p>partir do processo de fusão ainda é motivos de estudo. Sendo assim, as</p><p>usinas em operação são originárias do processo mais antigo e</p><p>consolidado: a fissão.</p><p>As centrais de geração a partir da fissão podem, por sua vez, serem</p><p>classificadas segundo o tipo de reator que utilizam para executar e</p><p>controlar as reações em cadeia. Além disso, avalia-se a finalidade de</p><p>aplicação, podendo ser destacados os seguintes pontos para a</p><p>classificação de um reator:</p><p> Quantidade de energia utilizada no processo</p><p>de �ssão, onde um reator pode ser:</p><p>a. Rápido, que demanda alta energia.</p><p>b. Intermediário, com demanda média de energia.</p><p>c. Lento, ou conhecido por térmico, de baixa</p><p>demanda energética.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 22/51</p><p>A água leve é aquela que usualmente temos contato, sem alterações</p><p>químicas, por assim dizer. A água pesada é uma modificação química,</p><p>na qual os átomos de hidrogênio são substituídos por deutério. Vale</p><p>destacar que o deutério, representado pela</p><p>letra D, é um isótopo do</p><p>hidrogênio sendo, entretanto, mais pesado. A fórmula pode ser</p><p>representada por D2O.</p><p>Reatores de pesquisa</p><p>Nesta categoria, encontram-se os reatores destinados aos estudos e</p><p>aplicações. Neles, são desenvolvidos testes e treinamento para</p><p>qualificação de pessoal. A operação desses reatores é em baixa</p><p>potência e, neste caso, a produção de eletricidade não é o objetivo</p><p>principal.</p><p>O propósito do uso desses reatores é desenvolver pesquisas e estudar</p><p>as possíveis aplicações acerca dos raios gama e beta e, com isso,</p><p>contribuir para o progresso da área nuclear.</p><p>Alguns modelos foram produzidos ao longo dos anos, e alguns deles</p><p>podem ser encontrados em operação no Brasil, como:</p><p> Área de aplicação</p><p>a. Reatores de pesquisa: para desenvolvimento de</p><p>estudos e treinamento, operam em baixa potência.</p><p>b. Reatores de produção: utilização do calor para</p><p>aplicações que não necessariamente são a</p><p>produção de energia elétrica.</p><p>c. Reatores de potência: reatores para aplicação</p><p>industrial e produção de eletricidade, operam em</p><p>alta potência.</p><p> Tipo de combustível, refrigerante e</p><p>moderador utilizado</p><p>a. Refrigerados a gás.</p><p>b. Refrigerados e moderados a água leve.</p><p>c. Reatores de água pesada.</p><p>d. Refrigerados a metal líquido, utilizando urânio e</p><p>plutônio como combustível.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 23/51</p><p>Instalação do TRIGA IPR-R1.</p><p>Reator TRIGA (Training, Research, Isotopes, General</p><p>Atomics)</p><p>Como o nome indica, TRIGA se refere à classe de reatores</p><p>como foco em treinamento (training) e pesquisa (research). O</p><p>dispositivo, de origem americana, foi desenvolvido pela General</p><p>Atomics. No Brasil, o reator TRIGA de modelo IPR-R1 pertence</p><p>à Escola de Engenharia da UFMG (Universidade Federal de</p><p>Minas Gerais) e foi adquirido por volta da década de 1960.</p><p>Essa aquisição permitiu a criação do Instituto de Pesquisas</p><p>Radioativas (IPR). Por meio dele, foi desenvolvido o curso de</p><p>treinamento de operadores para reatores de pesquisa, ofertado</p><p>aos operadores de Angra como formação fundamental. Este</p><p>reator ainda se encontra disponível para o desenvolvimento de</p><p>pesquisas.</p><p>Instalação do Argonauta Nacional.</p><p>Reator Argonauta (Argonne Nuclear Assembly for</p><p>University Training)</p><p>O modelo de reator de pesquisa Argonauta, criado pelo</p><p>Argonne National Laboratory chegou ao Brasil em 1962.</p><p>A instalação desse reator foi uma colaboração do governo</p><p>americano, que doou o equipamento visando “melhorar a</p><p>reputação” da energia nuclear, ampliando a aplicação como</p><p>forma de geração de eletricidade. A instalação do dispositivo</p><p>foi facilitada pela Comissão Nacional de Energia Nuclear</p><p>(CNEN) junto da UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro),</p><p>que possibilitaram a colocação do reator Argonauta na Ilha do</p><p>Fundão.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 24/51</p><p>Reator de pesquisa IEA-R1.</p><p>Reator nuclear IEA-R1</p><p>Este reator foi desenvolvido pela empresa norte-americana</p><p>Babcox & Wilcox e é o mais antigo reator de pesquisa instalado</p><p>no Brasil.</p><p>A montagem é uma parceria do governo americano para</p><p>expandir o uso de energia nuclear por meio do programa</p><p>“Átomos pela paz”, mesmo programa que mais tarde concedeu</p><p>o modelo Argonauta.</p><p>Este equipamento se encontra no IPEN (Instituto de Pesquisas</p><p>Energéticas e Nucleares), localizado em São Paulo.</p><p>Reatores de potência</p><p>Nas centrais nucleares, a produção de energia elétrica é o objetivo</p><p>principal. Para que a eletricidade seja produzida, a turbina, que se move</p><p>a partir do calor liberado pelas reações nucleares, é conectada ao eixo</p><p>de um gerador. Ao mover-se, a turbina faz com que a energia mecânica</p><p>seja transformada em elétrica. O calor que chega até a turbina é extraído</p><p>do núcleo do reator através de circuitos de resfriamento, que são</p><p>configurados de forma diferente para os diversos design de reatores.</p><p>Os reatores de potência podem ser classificados de acordo com o uso</p><p>do refrigerante e moderador, onde temos os seguintes tipos:</p><p>Reatores de água leve (LWR – light water reactors).</p><p>Reatores de água pesada (HWR – heavy water reactors).</p><p>Reatores refrigerados a gás (GCR).</p><p>Cada categoria será apresentada em detalhes a seguir.</p><p>Reatores de água leve ou LWR</p><p>Nesta categoria, encontram-se os reatores atualmente em operação nas</p><p>usinas produtoras de eletricidade. Esses equipamentos são robustos, de</p><p>maior porte e operam à elevadas potências. Possuem como</p><p>característica a utilização de água leve como refrigerante e moderador,</p><p>lembrando que o refrigerante extrai o calor do núcleo e o moderador</p><p>controla a reação em cadeia.</p><p>Entre os LWR, temos duas subcategorias:</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 25/51</p><p>Neste modelo, a água leve pressurizada é a responsável por</p><p>retirar o calor do núcleo do reator. No processo de</p><p>funcionamento, a água pressurizada se localiza em um circuito, o</p><p>primário, e circula para dentro do reator, onde é aquecida pela</p><p>energia liberada pela reação nuclear. A alteração na pressão da</p><p>água tem a função de evitar a ebulição do líquido quando</p><p>exposto à altas temperaturas, como as do núcleo.</p><p>A água, aquecida e em alta temperatura, se desloca para o</p><p>gerador onde está o circuito secundário. A água do circuito</p><p>secundário é aquecida pelo calor trazido pelo circuito primário, e</p><p>vaporiza. O vapor, por sua vez, irá mover a turbina para geração</p><p>de eletricidade. Ao final do processo, o vapor é convertido em</p><p>água líquida através do condensador.</p><p>Diagrama de um reator do tipo PWR.</p><p>Uma curiosidade é que nas usinas de Angra (I, II) utilizam</p><p>reatores do tipo PWR. De acordo com dados da Eletrobrás, a</p><p>terceira unidade, com previsão para inauguração em 2027, é</p><p>considerada gêmea da segunda e, portanto, possui a mesma</p><p>tecnologia alemã: Reator PWR da Siemens.</p><p>É um segundo tipo de reator largamente utilizado nas usinas</p><p>nucleares para a geração de eletricidade. Como característica,</p><p>esse reator utiliza água (leve) fervente como moderador e</p><p>refrigerante. Ao comparar esse modelo com o PWR, nota-se a</p><p>ausência do gerador de vapor.</p><p>Esse reator tem apenas um circuito para circulação de água no</p><p>núcleo, enquanto no PWR os circuitos de água são separados</p><p>devido à pressurização do refrigerante. A água irá circular pelo</p><p>núcleo e, por não existir controle de pressão, irá se transformar</p><p>em vapor ali mesmo, devido à alta temperatura. Do núcleo sairá o</p><p>vapor, o que elimina, portanto, o gerador de vapor. Este irá em</p><p>direção às turbinas, que movem o gerador e produzem</p><p>Reator de água pressurizada (PWR – pressured water</p><p>reactor) </p><p>Reator de água fervente (BWR) </p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 26/51</p><p>eletricidade. Assim como no PWR, o vapor é convertido em água</p><p>(no condensador) e o processo reinicia.</p><p>Diagrama de um reator do tipo BWR.</p><p>HWR</p><p>Os reatores de água pesada são aqueles que utilizam água</p><p>quimicamente modificada no processo. Nesta categoria, encontra-se o</p><p>reator de água pesada pressurizada (PHWR). Diferente dos reatores já</p><p>apresentados, a orientação do núcleo dentro do tanque desses reatores</p><p>é horizontal, recebendo o nome de calandria, enquanto nos LWR,</p><p>verticalmente posicionados, é chamado de vaso. Esse tipo de reator é</p><p>caracterizado por sua capacidade de ser realimentado sem o que o</p><p>processo seja interrompido. Um modelo conhecido é o CANDU</p><p>(Canadian Deuterium Uranium). Esse reator utiliza urânio natural como</p><p>combustível e água pesada (D20) como moderador e refrigerante. É</p><p>resultado da tecnologia canadense sendo, portanto, mais utilizado no</p><p>Canadá, apesar de apresentar rendimento inferior aos demais reatores.</p><p>Observe na imagem a seguir:</p><p>Diagrama de um reator CANDU.</p><p>Reator refrigerado a gás (GCR)</p><p>Os reatores refrigerados</p><p>a gás também são modelos consolidados e um</p><p>dos primeiros projetos executados. Ao longo dos anos, os modelos</p><p>foram evoluindo e a refrigeração, inicialmente feita em circuito aberto,</p><p>passou a ser feita em circuito fechado.</p><p>Nesta categoria, encontram-se modelos como: o reator avançado</p><p>refrigerado a gás (AGCR – Advanced gas-cooled reactor) e o MAGNOX,</p><p>que se diferenciam quanto ao combustível utilizado. Além disso,</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 27/51</p><p>existem outros modelos, como os que operam em altas temperaturas</p><p>(HTGR – high temperature gas-cooled reactor). Esses reatores são</p><p>caracterizados por utilizarem grafite como moderador e gás como</p><p>refrigerante.</p><p>Veja os diagramas dos modelos AGCR e MAGNOX, respectivamente.</p><p>Modelo AGCR.</p><p>Modelo MAGNOX.</p><p>Existem ainda outros modelos de reatores que não foram citados em</p><p>detalhes, alguns se encontram nas categorias apresentadas, outros não.</p><p>Um exemplo são os reatores nucleares de nêutrons rápidos (FNR – Fast-</p><p>neutron reactors), por descrição, são reatores rápidos e, por isso, há alta</p><p>demanda energética.</p><p>Em resumo, ao comparar os diversos tipos de reatores, nota-se que</p><p>além do uso de diferentes moderadores e refrigerantes, estes se diferem</p><p>em:</p><p>Número de circuitos refrigerantes.</p><p>Orientação do núcleo: Vertical versus horizontal.</p><p>Presença ou não de gerador de vapor.</p><p>Os principais aspectos e</p><p>características de um reator</p><p>Descubra, neste vídeo, o papel crucial dos reatores em plantas nucleares</p><p>e conheça suas diferentes classificações e aplicações.</p><p></p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 28/51</p><p>Ciclo do combustível</p><p>Neste vídeo, conheça as etapas do ciclo do combustível nuclear e como</p><p>elas impactam a produção de energia.</p><p>Para que o calor seja liberado dentro do reator, é necessário que ocorra</p><p>a reação de fissão, isto é, um elemento sofrerá partições sucessivas.</p><p>Como o elemento será o responsável pelo processo de produção de</p><p>eletricidade, a ele dá-se o nome de combustível.</p><p>O ciclo do combustível nuclear engloba todas as etapas que vão desde a</p><p>extração do material até o estado final, considerado material de</p><p>descarte. Dentre os combustíveis nucleares em geral, são utilizados</p><p>plutônio, tório e urânio, sendo este último o mais frequente. Esses</p><p>materiais são utilizados por apresentarem um núcleo atômico de maior</p><p>massa, o que, consequentemente, libera maior energia no processo de</p><p>fissão.</p><p>A INB (Indústrias Nucleares do Brasil) é uma empresa vinculada ao</p><p>MME (Ministério de Minas e Energia) que atua diretamente na cadeia</p><p>produtiva do minério de urânio. De acordo com a INB, o ciclo do</p><p>combustível pode ser dividido em sete etapas (essas etapas podem ser</p><p>estendidas para os demais combustíveis):</p><p> Mineração e bene�ciamento</p><p>Onde há extração do urânio e demais materiais.</p><p> Conversão</p><p>O urânio extraído encontra-se concentrado, nesta</p><p>etapa, onde é purificado e dissolvido para então ser</p><p>transformado em gás (UF6) para o enriquecimento.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 29/51</p><p>A imagem a seguir representa o ciclo do combustível.</p><p> Enriquecimento</p><p>As concentrações de urânio são aumentadas para</p><p>que consiga gerar energia.</p><p> Reconversão</p><p>Após enriquecido, o gás novamente é transformado</p><p>em pó (UO2).</p><p> Fabricação de pastilhas</p><p>A partir do UO2 são feitas as pastilhas de urânio</p><p>enriquecido.</p><p> Fabricação do combustível nuclear</p><p>As pastilhas de urânio são inseridas em varetas de</p><p>combustível.</p><p> Geração de energia</p><p>Através do processo de fissão, os átomos liberam</p><p>calor, que irão aquecer os líquidos nos circuitos,</p><p>mover a turbina e produzir a eletricidade.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 30/51</p><p>Ciclo do combustível nuclear.</p><p>Custo de geração</p><p>Neste vídeo, exploramos o impacto das tecnologias nucleares sobre o</p><p>custo da geração de energia.</p><p>Quando uma nova usina é construída, os custos da energia produzida</p><p>por ela são maiores, se comparados àquelas em operação. Ao tratar-se</p><p>de uma usina nuclear, os custos de instalação e manutenção das</p><p>centrais podem ser muito elevados e, portanto, o valor a ser amortizado</p><p>faz com que custo do kWh seja muito superior ao de outras fontes.</p><p>Uma avaliação da tabela a seguir, cujos dados são fornecidos pela EPE</p><p>(Empresa de Pesquisa Energética) referentes ao PDE (Plano Decenal de</p><p>Energia), permite observar as parcelas de custo envolvidas na geração</p><p>de energia por diversas fontes, e assim compará-las à nuclear.</p><p>É possível ver que o CAPEX da geração nuclear é o mais elevado, isso se</p><p>dá em torno das tecnologias envolvidas nos processos de</p><p>enriquecimento e descarte do combustível, e ainda, acerca de</p><p>preocupações ao longo da segurança dos reatores.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 31/51</p><p>Tipo de</p><p>Oferta</p><p>Vida útil</p><p>econômica</p><p>[anos]</p><p>Faixas de</p><p>CAPEX, mín</p><p>e máx</p><p>[R$/kW]</p><p>CAPEXRef</p><p>semJDC [</p><p>Fotovoltaica</p><p>Flutuante</p><p>20 3.800 a 6.500 5.00</p><p>Gás</p><p>Natural(Ciclo</p><p>Combinado)</p><p>20</p><p>3.400 a</p><p>5.900(apenas</p><p>a UTE)</p><p>4.10</p><p>Gás</p><p>Natural(Ciclo</p><p>Aberto)</p><p>20 2.900 a 4.700 3.40</p><p>Gás</p><p>Natural(C</p><p>Combinado</p><p>Pré-sal)</p><p>20</p><p>3.400 a</p><p>5.900(apenas</p><p>a UTE)</p><p>5.10</p><p>Hidrelétricas 30 Variável Variá</p><p>Nuclear 30</p><p>22.000 a</p><p>29.400</p><p>24.5</p><p>PCH (CAPEX</p><p>Baixo)</p><p>30 3.500 a 6.500 5.00</p><p>PCH (CAPEX</p><p>Médio)</p><p>30 6.500 a 8.500 7.50</p><p>PCH (CAPEX</p><p>Alto)</p><p>30</p><p>8.500 a</p><p>11.500</p><p>10.0</p><p>Reversíveis 30</p><p>2.400 a</p><p>12.000</p><p>6.50</p><p>Tabela: Custos de geração.</p><p>Adaptada de EPE, 2021, p. 5.</p><p>Ao comparar o PDE 2029 e o PDE 2039, houve aumento no custo das</p><p>usinas nucleares, o que de certa forma faz com que a energia</p><p>proveniente dela, seja mais cara, inviabilizando ou evitando que esta</p><p>seja utilizada, se possível. Segundo projeções do PNE 2050, para que a</p><p>energia nuclear ganhe maior espaço, é necessária uma redução no</p><p>CAPEX ao longo dos próximos anos.</p><p>Atualmente, o Brasil conta com as usinas de Angra conectadas ao SIN</p><p>(sistema interligado nacional), sendo:</p><p>PNE</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 32/51</p><p>O PNE apresenta planejamentos energéticos a longo prazo, 30 anos,</p><p>enquanto o PDE, é o plano DECENAL, planejamentos em um horizonte de</p><p>dez anos.</p><p>Angra I</p><p>640MW de capacidade instalada.</p><p>Angra II</p><p>1350MW de capacidade instalada.</p><p>Angra III</p><p>Ainda em construção com 1405MW de capacidade.</p><p>Em 2018, a EPE apresentou em um encontro mundial, fatores que fazem</p><p>da energia nuclear, uma forma de energia cara, justificando os altos</p><p>custos nacionais, apontando:</p><p>Custos de CAPEX e OPEX, como é possível ver ao longo dos planos</p><p>decenais. Os valores investidos para expansão e operação são</p><p>elevados.</p><p>Regulamentação adequada.</p><p>Uso de reatores seguros e eficientes.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 33/51</p><p>Controle do ciclo do combustível para minimizar desperdícios.</p><p>Tempo de construção das usinas e tempo de operação desta.</p><p>Capital.</p><p>Esses fatores ainda seguem como problemática, especialmente o</p><p>tempo de construção da unidade e o capital envolvido.</p><p>Falta pouco para atingir seus objetivos.</p><p>Vamos praticar alguns conceitos?</p><p>Questão 1</p><p>Os reatores nucleares podem ser classificados de acordo com sua</p><p>aplicação, com o tipo de refrigerante e moderador utilizados e ainda</p><p>a partir da velocidade com que as reações ocorrem no núcleo.</p><p>Sobre os reatores, é correto afirmar que</p><p>Parabéns! A alternativa D está correta.</p><p>%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%3Cp%20class%3D'c-</p><p>paragraph'%3EOs%20principais%20reatores%20nucleares%20existentes%20s%C3%A3o%20os%20de%20pot%</p><p>Questão 2</p><p>Durante os estudos e descobertas da fissão nuclear, verificou-se</p><p>que a reação ocorria em cadeia. Sobre a reação em cadeia, pode-se</p><p>A</p><p>o reator TRIGA foi o primeiro reator de potência</p><p>nacional.</p><p>B</p><p>reatores de pesquisa têm como principal objetivo a</p><p>geração de eletricidade.</p><p>C</p><p>os reatores LWR utilizam água modificada como</p><p>refrigerador.</p><p>D</p><p>os reatores de potência têm como objetivo principal a</p><p>produção de eletricidade e podem ser encontrados</p><p>sob diversas configurações.</p><p>E</p><p>os reatores de pesquisa são caracterizados pela</p><p>reação rápida e produção de eletricidade.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 34/51</p><p>dizer que</p><p>Parabéns! A alternativa D está correta.</p><p>%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%3Cp%20class%3D'c-</p><p>paragraph'%3EO%20processo%20de%20fiss%C3%A3o%20se%20refere%20%C3%A0%20quebra%20de%20um%</p><p>3 - O papel do urânio na geração nuclear</p><p>A</p><p>a fissão de um determinado elemento fará com que</p><p>haja liberação de calor. Esse calor desencadeia novas</p><p>reações, que ocorrerão até que o combustível acabe.</p><p>B</p><p>a fissão de um determinado elemento fará com que</p><p>haja liberação de energia. Com isso, haverá quebra do</p><p>elemento principal, gerando isótopos enriquecidos</p><p>que darão origem à reação em cadeia.</p><p>C</p><p>a fusão de um determinado elemento fará com que</p><p>haja liberação de nêutrons. Os nêutrons livres irão</p><p>bombardear novamente os núcleos e assim</p><p>sucessivamente até que o combustível acabe, o que</p><p>conceitua a reação em cadeia.</p><p>D</p><p>a fissão de um determinado elemento fará com que</p><p>haja liberação de nêutrons. Os nêutrons livres irão</p><p>bombardear novamente os núcleos e assim</p><p>sucessivamente até que o combustível acabe, o que</p><p>conceitua a reação em cadeia.</p><p>E</p><p>a fusão de elementos fará com que haja liberação de</p><p>calor. O calor faz com que a fusão ocorra</p><p>sucessivamente.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 35/51</p><p>Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer o principal combustível utilizado nas</p><p>usinas e como é feito seu tratamento.</p><p>O urânio e a geração nuclear</p><p>Neste vídeo, você vai compreender os aspectos que envolvem o</p><p>principal combustível utilizado na geração nuclear, seu tratamento e a</p><p>avaliação sobre seu uso no cenário nuclear atual.</p><p>Urânio</p><p>Breve histórico</p><p>Vejamos a seguir:</p><p>1789</p><p>Martin Heinrich Klaproth (1743-1817).</p><p>Descoberta do urânio por Martin</p><p>Klaproth, por meio de um mineral</p><p>de composição U3O8</p><p>1841</p><p>Eugène-Melchior Péligot (1811-1890).</p><p>O óxido de urânio foi isolado do</p><p>mineral por Eugene-Melchior.</p><p>Anteriormente, foi apresentado</p><p>hi tó i d d l tô i</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 36/51</p><p>A experiência de Becquerel era em torno de comprovar que a</p><p>radioatividade atravessava corpos opacos, para isso utilizava-se uma</p><p>chapa fotográfica e sal de urânio envolvidos em papel preto. Quando</p><p>Otto e Fritz descobriram a fissão, o urânio veio a ser protagonista nos</p><p>estudos referentes à energia nuclear.</p><p>Propriedades do urânio</p><p>O urânio (U) é um elemento químico radioativo de massa 238, que pode</p><p>ser encontrado na natureza sob a forma de isótopos. Os isótopos são</p><p>matérias cuja massa do elemento é distinta, porém, o número de</p><p>prótons é o mesmo. Para o urânio, usualmente encontram-se:</p><p>234U</p><p>235U</p><p>238U</p><p>O urânio é um minério de grande abundância e pode ser encontrado em</p><p>rochas e diversos minerais como: Uraninita, Carnotita, Autunita,</p><p>Torbenita, Zeunerita.</p><p>Reservas de urânio</p><p>O urânio é um minério comum e que pode ser encontrado na</p><p>composição das rochas. Para que um local, ou reserva, seja</p><p>financeiramente viável para a exploração, devem ser avaliados critérios</p><p>como a concentração do material presente e a tecnologia necessária</p><p>para extraí-lo. Observe:</p><p>um histórico do modelo atômico</p><p>e do estudo de suas</p><p>características radioativas.</p><p>1896</p><p>Antoine-Henri Becquerel (1852-1908).</p><p>Henri Becquerel deu passos</p><p>importantes no sentido de</p><p>apresentar as características</p><p>radioativas do urânio (seguido</p><p>pelo casal Curie com os demais</p><p>elementos).</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 37/51</p><p>Minério de urânio.</p><p>Os países que possuem as maiores reservas do mineral são Australia,</p><p>Cazaquistão, Rússia, África do Sul e Canadá (em ordem de prioridade).</p><p>Juntos, eles detêm mais da metade da reserva de urânio mundial.</p><p>Lembrando que essa classificação tem por base a viabilidade financeira</p><p>referente ao custo-benefício da extração e tratamento do minério, sendo</p><p>que, novas reservas podem surgir com a oscilação do preço do urânio. O</p><p>Brasil é o sétimo país na lista de maiores reservas de urânio.</p><p>Na tabela a seguir, é possível verificar a produção de uranio a partir das</p><p>principais reservas mundiais.</p><p>Toneladas de U Percentual mun</p><p>Austrália 1,692,700 28%</p><p>Cazaquistão 906,8 15%</p><p>Canadá 564,9 9%</p><p>Rússia 486 8%</p><p>Namíbia 448,3 7%</p><p>África do Sul 320,9 5%</p><p>Brasil 276,8 5%</p><p>Níger 276,4 4%</p><p>China 248,9 4%</p><p>Mongólia 143,5 2%</p><p>Uzbequistão 132,3 2%</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 38/51</p><p>Toneladas de U Percentual mun</p><p>Ucrânia 108,7 2%</p><p>Botsuana 87,2 1%</p><p>Tanzânia 58,2 1%</p><p>Jordania 52,5 1%</p><p>EUA 47,9 1%</p><p>Outros 295,8 5%</p><p>Total mundial 6,147,800</p><p>Tabela: Reservas de urânio mundial.</p><p>Adaptada de ECD NEA & IAEA, Uranium, 2020.</p><p>Veja, na tabela a seguir, os dados estimados a partir das reservas</p><p>minerais de urânio do Brasil, bem como o custo de extração.</p><p>Tabela: Reservas de urânio nacionais.</p><p>No Brasil, acredita-se que existam reservas em todo território nacional,</p><p>mas somente algumas áreas foram exploradas até o momento. Confira:</p><p>Áreas promissoras EPE/INB.</p><p>Principal combustível empregado</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 39/51</p><p>Um combustível nuclear se refere ao material utilizado nos processos de</p><p>geração de energia a partir da emissão de energia por processos de</p><p>fissão e fusão, como observaremos a seguir:</p><p>Fissão</p><p>São utilizados o urânio e plutônio, que possuem núcleos pesados e</p><p>adequados para aplicação.</p><p>Fusão</p><p>Requer núcleos leves, onde usualmente vemos a implementação do</p><p>trítio e deutério, que são mais leves.</p><p>Vale destacar que o combustível não se refere apenas ao elemento</p><p>químico, mas a todo o equipamento em que este encontra-se dentro do</p><p>reator.</p><p>No Brasil, a produção de urânio é responsabilidade da INB (Indústrias</p><p>Nucleares Brasileiras) e segue as seguintes etapas:</p><p>A INB extrai o minério das unidades situadas em Caetité, na</p><p>Bahia. O material que sai da mina não está pronto para uso, por</p><p>isso, é transportado para que seja triturado. Assim, as rochas</p><p>retiradas na mineração terão seu tamanho reduzido.</p><p>O urânio é encontrado sob a forma de minério, e requer aplicação</p><p>de técnicas de extração para que ele seja utilizado. Essa</p><p>extração é feita através de um processo chamado lixiviação, em</p><p>que utiliza-se ácido sulfúrico e como produto obtém-se o</p><p>chamado yellowcake (óxido), em português, bolo amarelo, que é</p><p>um pó de urânio concentrado, essa etapa é chamada de</p><p>beneficiamento.</p><p>Minério de Urânio à esquerda e Yellowcake à direita.</p><p>O concentrado de urânio ou yellowcake é</p><p>transformado/convertido em gás UF6 para que possa entrar na</p><p>etapa de enriquecimento.</p><p>Mineração e extração </p><p>Conversão </p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 40/51</p><p>Cilindro contendo o gás hexafluoreto de urânio.</p><p>Nas usinas nucleares, para que o processo de fissão seja eficaz,</p><p>utiliza-se o urânio enriquecido. O processo de enriquecimento</p><p>tem como função aumentar a quantidade de 235U, que</p><p>naturalmente</p><p>é de 0,7 %, ao urânio extraído, que é o 238U. A razão</p><p>disso se dá pelo fato de o 235U ser altamente fissionável, por</p><p>isso a mistura, proposital e feita de forma proporcional, garante</p><p>uma reação nuclear mais segura e controlada.</p><p>No Brasil, a etapa de enriquecimento do urânio é feita em</p><p>Resende, no Rio de Janeiro. O processo utiliza centrífugas que</p><p>fazem com que, quando o UF6 é submetido a altas velocidades, o</p><p>238U, mais pesado, se concentre nas extremidades, se separando</p><p>do 235U. Com isso, eleva-se a concentração de 235U de 0,7 para</p><p>5%.</p><p>Centrífugas de urânio.</p><p>Usualmente, utiliza-se uma mistura de 3% a 5% de 235U nos</p><p>reatores de geração. Em processos que é desejado explosão,</p><p>como o caso de bombas, o percentual de 235U é maior. Assim,</p><p>conclui-se que as misturas dependem da aplicação.</p><p>Após enriquecido, o urânio é novamente transformado em pó</p><p>(dióxido de urânio UO2), etapa que também ocorre na unidade de</p><p>Resende. O pó obtido na etapa de reconversão é então utilizado</p><p>para a fabricação de pastilhas.</p><p>Enriquecimento </p><p>Reconversão </p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 41/51</p><p>Processo de reconversão.</p><p>As pastilhas são produzidas com o pó de urânio, e construídas</p><p>em formato de cilindro de cerca de 1cm de diâmetro. O pó, para</p><p>que seja transformado em pastilha, é misturado a outros</p><p>compostos que serão prensados formando pastilhas. Estas são</p><p>aquecidas para se tornarem mais rígidas e então serem</p><p>utilizadas no reator.</p><p>Produção de pastilhas.</p><p>Para que as pastilhas sejam utilizadas, elas são empilhadas nas</p><p>chamadas varetas, compondo as varetas de combustível, já</p><p>apresentadas neste conteúdo.</p><p>As usinas de Angra possuem as seguintes configurações:</p><p>Angra I: 235 varetas</p><p>Angra II: 236 varetas</p><p>O processo geral de produção de combustível pode ser</p><p>observado na figura a seguir.</p><p>Produção de combustível urânio.</p><p>Fabricação de Pastilhas </p><p>Fabricação do combustível </p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 42/51</p><p>O transporte do combustível das unidades de produção até as</p><p>unidades onde serão utilizados é feito sob a reponsabilidade da</p><p>Eletronuclear. O percurso de Resende a Angra é feito a 60km/h e</p><p>conta com logística da polícia federal e IBAMA, onde o material é</p><p>colocado em containers adequados para o transporte de</p><p>material radioativo.</p><p>A empresa é de economia mista (Eletrobras e ENBpar) e tem a</p><p>responsabilidade de construir as centrais nucleares brasileiras.</p><p>O tratamento do urânio</p><p>Neste vídeo, você compreenderá qual o papel do urânio no processo de</p><p>geração de eletricidade e vai descobrir como é feito o tratamento desse</p><p>minério.</p><p>Cenários da energia nuclear</p><p>A energia nuclear é uma forma de geração não renovável, na qual o calor</p><p>liberado das reações nucleares é utilizado na geração de eletricidade,</p><p>processo similar ao que ocorre nas usinas térmicas.</p><p>O crescimento desse tipo de fonte envolve discussões diversas, que vão</p><p>desde questões econômicas, a questões ambientais e, também, de</p><p>segurança. Apesar de não ser renovável, é uma energia considerada</p><p>limpa, uma vez que não contribui para a produção de gases efeito</p><p>estufa. Em um cenário em que buscamos reduzir a produção de carbono</p><p>por meio da matriz energética, a ampliação desse recurso se faz</p><p>favorável.</p><p>Considerando a matriz elétrica, ou seja, os recursos utilizados para a</p><p>produção de eletricidade, a energia nuclear é a segunda maior fonte</p><p>cujos níveis de carbono são baixos, superada apenas pelas hidrelétricas.</p><p>Avaliando esse cenário, é questionável os motivos que impedem a</p><p>energia nuclear de expandir.</p><p>Um dos motivos está associado aos subprodutos resultantes do</p><p>processo produtivo, pois são materiais de característica radioativa e que</p><p>não podem ser descartados em qualquer local e sem tratamento.</p><p>É necessário armazená-los até que o conteúdo alcance decaimento</p><p>aceitável para que seja descartado corretamente, o que pode levar</p><p>milhares de anos. Além disso, o processo envolve a fissão de um</p><p>elemento que, embora seja um processo controlado pelo reator, envolve</p><p></p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 43/51</p><p>riscos de acidentes, e alguns deles ficaram marcados na história, como</p><p>Chernobyl.</p><p>Estação de Chernobyl abandonada e ruínas da cidade após explosão do reator nuclear.</p><p>Avaliando o cenário de geração de eletricidade a partir da energia</p><p>nuclear, pode-se observar pelos gráficos seguintes, que a energia</p><p>nuclear tem uma parcela significativa na matriz elétrica mundial. As</p><p>oscilações produtivas ocorreram por volta de 2011-2012, lembrando que</p><p>o acidente de Fukushima se deu nesse período. Confira:</p><p>Matriz elétrica mundial – IEA.</p><p>Vejamos o outro exemplo:</p><p>Participação nuclear – IEA.</p><p>Atualmente, no cenário nuclear brasileiro, temos as usinas de Angra I e</p><p>II, sendo que Angra III ainda está em desenvolvimento, onde a</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 44/51</p><p>participação total das gerações pode ser vista no gráfico dos estudos</p><p>energéticos da EPE.</p><p>Instalações de Angra I e II.</p><p>Instalações de Angra III.</p><p>Os gráficos, a seguir, mostram a participação da energia nuclear na</p><p>matriz elétrica nacional.</p><p>Participação comparativa.</p><p>Participação isolada da energia nuclear – IEA.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 45/51</p><p>Sempre é válido lembrar que energia nuclear possui diversas áreas que</p><p>aplicação, como na medicina, com os raios-x, em armas bélicas e, claro,</p><p>na geração de eletricidade.</p><p>Principais legislações que regem o</p><p>setor nuclear</p><p>A CNEN é o órgão federal vinculado ao MME (Ministério de Minas e</p><p>energia), que tem como objetivo desenvolver políticas para o uso da</p><p>energia nuclear em território nacional. Ao longo dos anos, algumas leis</p><p>foram criadas, para que regulamentasse e fiscalizasse o trabalho</p><p>dessas ações, garantindo a segurança nas operações. A seguir estão</p><p>listados alguns marcos importantes:</p><p> 1956</p><p>Decreto nº 40.110. “Cria a comissão nacional de</p><p>energia nuclear, e dá outras providências”.</p><p> 1962</p><p>Lei nº 4.118. “Dispõe sobre a política nacional de</p><p>energia nuclear, cria a Comissão Nacional de</p><p>Energia Nuclear, e dá outras providências”.</p><p> 1974</p><p>Lei nº 6.189. “Altera a Lei nº 4.118, de 27 de agosto</p><p>de 1962, e a Lei nº 5.740, de 1 de dezembro de</p><p>1971, que criaram, respectivamente, a Comissão</p><p>Nacional de Energia Nuclear - CNEN e a Companhia</p><p>Brasileira de Tecnologia Nuclear - CBTN, que passa</p><p>a denominar-se Empresas Nucleares Brasileiras</p><p>Sociedade Anônima - NUCLEBRÁS, e dá outras</p><p>providências”.</p><p> 1989</p><p>Lei 7.781. “Dá nova redação aos artigos 2º, 10 e 19</p><p>da Lei nº 6.189, de 16 de dezembro de 1974, e dá</p><p>outras providências”.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 46/51</p><p>Panorama da energia nuclear</p><p>Compreenda, assistindo ao vídeo, como é a participação da energia</p><p>nuclear na matriz elétrica nacional e conheça as principais legislações</p><p>que regem o setor nuclear.</p><p> 2006</p><p>Lei 5.667. “Aprova a Estrutura Regimental e o</p><p>Quadro Demonstrativo dos Cargos em Comissão e</p><p>das Funções Gratificadas da Comissão Nacional de</p><p>Energia Nuclear - CNEN, e dá outras providências”.</p><p> 2010</p><p>Portaria nº 305. “Aprova Regimento Interno da</p><p>Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN”.</p><p> 2016</p><p>Decreto nº 8.886. “Aprova a Estrutura Regimental e</p><p>o Quadro Demonstrativo dos Cargos em Comissão</p><p>e das Funções de Confiança da Comissão Nacional</p><p>de Energia Nuclear - CNEN, e dá outras</p><p>providências”.</p><p> 2018</p><p>Portaria 076. “Regulamenta o pagamento da</p><p>Gratificação por Encargo de Curso ou Concurso</p><p>(GECC) no âmbito da Comissão Nacional</p><p>de</p><p>Energia Nuclear – CNEN”. Decreto 9.600.</p><p>“Consolida as diretrizes sobre a Política Nuclear</p><p>Brasileira”.</p><p></p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 47/51</p><p>Falta pouco para atingir seus objetivos.</p><p>Vamos praticar alguns conceitos?</p><p>Questão 1</p><p>(CETRO – 2015) O ciclo de combustível nuclear refere-se a todas as</p><p>atividades que ocorrem na produção de energia nuclear. Sobre o</p><p>ciclo de combustível nuclear, assinale a alternativa correta.</p><p>A</p><p>Devido à grande quantidade de minério de urânio, o</p><p>ciclo de combustível aberto é adotado em todas as</p><p>usinas atualmente, isso se deve ao elevado custo na</p><p>produção de plutônio do ciclo de combustível</p><p>fechado. O combustível utilizado no ciclo aberto, que</p><p>é descartado do reator é tratado como resíduo de alto</p><p>nível.</p><p>B</p><p>Em um ciclo fechado, o combustível gasto no reator</p><p>nuclear termal é reprocessado em reatores rápidos,</p><p>que são dedicados à reprodução de combustíveis à</p><p>base de urânio e plutônio, evitando a geração de</p><p>rejeito nuclear. Esse tipo de processo fechado é</p><p>largamente utilizado pelos países em</p><p>desenvolvimento devido ao baixo custo gerado pelo</p><p>reaproveitamento do combustível.</p><p>C</p><p>Após tratamento, o bolo amarelo (yellowcake) é</p><p>convertido para o hexafluoreto de urânio (UF6),</p><p>utilizado na forma gasosa no processo de</p><p>enriquecimento de urânio.</p><p>D</p><p>O processo de enriquecimento de urânio é um</p><p>processo difícil, que consiste em aumentar a</p><p>concentração do isótopo de urânio-235 por meio de</p><p>reações nucleares que resultam na extração de 3</p><p>nêutrons do isótopo de urânio-238.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 48/51</p><p>Parabéns! A alternativa C está correta.</p><p>%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%3Cp%20class%3D'c-</p><p>paragraph'%3EO%20ciclo%20do%20combust%C3%ADvel%20se%20refere%20a%20todas%20as%20etapas%2C</p><p>Questão 2</p><p>A energia nuclear pode ser vista como uma fonte alternativa para o</p><p>suprimento da carga conectada no sistema elétrico. Com relação à</p><p>energia nuclear e suas características, é correto afirmar que ela</p><p>Parabéns! A alternativa D está correta.</p><p>%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%3Cp%20class%3D'c-</p><p>paragraph'%3EA%20energia%20nuclear%2C%20apesar%20de%20limpa%2C%20n%C3%A3o%20%C3%A9%20re</p><p>Considerações �nais</p><p>Ainda com um bom cenário para crescimento, a energia nuclear não tem</p><p>participação expressiva na matriz, pois seu custo é elevado e existem</p><p>preocupações acerca da segurança no processo de geração. Ainda que</p><p>sua parcela de produção não seja tão elevada quanto as térmicas e</p><p>E</p><p>Dentre os vários métodos de enriquecimento, os mais</p><p>comuns são a difusão gasosa e a centrifugação a gás.</p><p>O método de centrifugação a gás teve um papel</p><p>importante como técnica de enriquecimento de urânio</p><p>durante a Guerra Fria, tornando-se, atualmente,</p><p>obsoleta em relação à difusão gasosa.</p><p>A é de caráter renovável.</p><p>B</p><p>possui elevada participação na matriz elétrica</p><p>mundial.</p><p>C é de baixo custo de implementação e produção.</p><p>D não é renovável, porém, é uma energia limpa.</p><p>E</p><p>é renovável e contribui na redução de emissão de</p><p>gases poluentes.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 49/51</p><p>hídricas, sua participação colabora para o melhor funcionamento do</p><p>setor elétrico, atuando como reforço.</p><p>Neste conteúdo, foram apresentadas as principais características das</p><p>centrais nucleares, desde aos princípios básicos, tecnologias utilizadas,</p><p>combustíveis utilizados, com foco no urânio enriquecido e o tratamento</p><p>ao qual ele é submetido.</p><p>Podcast</p><p>Antes de encerrarmos, ouça este podcast com um resumo sobre os</p><p>principais tópicos abordados em nosso conteúdo, como as diferenças</p><p>entre fissão e fusão nuclear, o ciclo de combustível e o processo de</p><p>enriquecimento de urânio.</p><p></p><p>Explore +</p><p>Entenda mais sobre a responsabilidade do uso de matriz energética</p><p>nuclear, no artigo: O desastre nuclear de Fukushima e os seus impactos</p><p>no enquadramento midiático das tecnologias de fissão e fusão nuclear.</p><p>Disponível no portal SciELO.</p><p>Para ler um pouco mais sobre a fusão nuclear, sugerimos que leia o</p><p>artigo Fractal structures in nonlinear plasma physics, publicado em</p><p>2011 no site The Royal Society.</p><p>Para saber mais sobre o panorama mundial da energia nuclear, explore o</p><p>site da International Atomic Energy Agency.</p><p>Referências</p><p>LEWIS, E. E. Fundamentals of Nuclear Reactor Physics. Amsterdã:</p><p>Elsevier, 2008.</p><p>OETTINGEN, M.; SKOLIK, K.; MALCKI, M. Neutronic analysis of mixed</p><p>thorium-uranium fuel bundle for CANDU reactors. IOP – Conference</p><p>Series Earth and Environmental Sciences, v. 214, n. 1., 2019.</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 50/51</p><p>PIORO, I.; KIRILOV, P. Current status of electricity generation at nuclear</p><p>power plants. In: Materials and processes for energy: communicating</p><p>current research and technological developments. s.l.: Formatex</p><p>Research Center, 2013.</p><p>SAEED, A. A.; AHMED, K. A. Fundamentals of nuclear reactors. In:</p><p>Nuclear Reactor Technology Development and Utilization. Sawston:</p><p>Woodhead, 2020.</p><p>Material para download</p><p>Clique no botão abaixo para fazer o download do</p><p>conteúdo completo em formato PDF.</p><p>Download material</p><p>O que você achou do conteúdo?</p><p>Relatar problema</p><p>16/09/24, 12:53 Centrais geradoras de energia nuclear</p><p>https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07435/index.html?brand=estacio# 51/51</p><p>javascript:CriaPDF()</p>