Energia Nuclear

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Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais 
 
 
 
 
1° MIN A1 
 
 
 
 
 
 
Trabalho de Geografia 
Energia Nuclear 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Araxá-MG 
2017 
Grupo: 
Ryan Borges Aguiar 
Jefferson Oliveira 
Yuri Afonso Lopes de Oliveira 
Luiz Cláudio Silva Neves 
Paulo Cesar Viseu Junior 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Combustível Nuclear 
O combustível nuclear é o ponto inicial na obtenção da energia em uma usina nuclear, o combustível 
nuclear mais famoso e mais usado é o urânio, porém há a utilização em pequena escala de plutônio. No 
mundo as principais reservas de urânio se encontram na Rússia, África do Sul, Estados Unidos, Canada, 
Cazaquistão, Austrália e Brasil. No Brasil a principal jazida se localiza no município de Caetité, no Estado 
da Bahia. Estudos mais recentes dizem que o Brasil detém cerca de 6% de todas as reservas de urânio no 
mundo. 
Para a obtenção do elemento combustível é necessário que realizassem vários processos e os processos 
iniciais para a consolidação do combustível são, mineração e o beneficiamento do urânio, pois é com eles 
que todo se inicia, primeiramente é feita a descoberta da mina a partir de prospecção e pesquisa, logo 
após é feita a avaliação se a jazida é economicamente viável, se sim após alguns ajustes e investimentos 
já se inicia o processo de mineração e beneficiamento do urânio. O processo de mineração é basicamente 
a retirada desse minério da mina, em seguida já começa o processo de beneficiamento do minério, esse 
que por sua vez purifica concentra o minério em um sal de cor amarela, conhecido como “yellowcake”. 
Em seguida são feitos os processos de enriquecimento e conversão do urânio, primeiramente é feito o 
processo de conversão do urânio que chega à forma de “yellowcake” e é dissolvido e purificado e é 
convertido em hexafluereto de urânio (𝑈𝐹6), após esse processo já se inicia o processo de enriquecimento 
do urânio que é basicamente feito para aumentar os níveis do isótopo 235 do urânio de 0,7% para 5% no 
produto gasoso, 𝑈𝐹6, que é o padrão necessário para seu uso como combustível nuclear. A maioria 
desses processos são feitos a partir da ultracentrifugação. O urânio brasileiro não é convertido no próprio 
país e sim pelo consórcio URENCO constituído por Alemanha, Inglaterra e Holanda, que desenvolveram a 
tecnologia de enriquecimento por ultracentrifugação. 
A ultima etapa é fabricação do próprio combustível nuclear. O 𝑈𝐹6 já enriquecido é enviado para uma 
fabrica de combustível nuclear onde se realiza a conversão de 𝑈𝐹6 em 𝑈𝑂2 e com esse material são feitas 
as pastilhas de urânio, que depois de prontas são submetidas ao processo de montagem do elemento 
combustível que nada mais é do que a postura das patilhas já antes produzidas com 𝑈𝑂2 e aquecidas até 
1750° C e analisadas em suas dimensões por laser e quando tudo está correto as mesmas são 
encapsulada em capsulas de uma liga metálica especial, o zircaloy. 
 
 * (“Yellowcake”) * (Capsulas) 
Bombas nucleares 
As bombas nucleares ou atômicas são divididas em dois tipos principais: a fissão e a fusão nuclear. 
Ambos os processos atuam a nível atômico e concebem uma grande quantidade de energia capaz de 
devastar até uma cidade inteira. 
Bomba de fissão 
A bomba de fissão consiste na quebra de um núcleo instável. Foi determinado que quando um átomo tem 
massa elevada, ele apresenta uma instabilidade, e a mesma pode ser ainda mais elevada quando atingida 
por um nêutron também chamado de nêutron térmico, acelerando o que seria o seu decaimento radioativo 
e gerando um processo em cadeia que secciona um átomo que por sua vez libera nêutrons que são 
disparados em direção a outros átomos e repetindo o processo anterior. O Urânio (U), é bastante utilizado 
nesse processo, fato proveniente de seu núcleo instável e também porque o Urânio é um dos elementos 
mais massivos encontrados na crosta terrestre, porém apenas 0,72% do Urânio encontrado na Terra 
corresponde ao isótopo físsil, o conhecido U-235. 
A bomba constitui-se de blocos separados de Urânio (U) ou Plutônio (Pu), suficientes para atingir a massa 
crítica,15Kg de (U) ou 5Kg de (Pu), que são unidos com explosivos. 
 
 
 
Fato curioso é que se você somar a massa dos produtos após todo esse fenômeno, a conclusão será de 
que a mesma diminuiu. Isso acontece porque há uma conversão de uma pequena massa inicial em 
energia, mais especificamente raios gama (y), o que foi previsto na famosa equação do físico austríaco 
Albert Einstein: (E=M.C²). 
Outro fato interessante é que no final de 1938, Otto Hamn e Fritz Strassmann descobriram que se 
acertassem átomos de Urânio (U) com nêutrons ele iria gerar um elemento mais leve, o Bário (Ba). Foi 
então que Lise Meitner, deduziu que na verdade ele se dividia em dois, (Ba) e (Kr), processo que 
chamaram de fissão nuclear, sendo que nessa divisão ele liberava 200 mega elétron volts (mev), energia 
suficiente para mover um grão de areia, pode parecer pouco, mas isso vem de um átomo. Um Kg de 
Urânio (U) tem mais de 2.5 milhões de bilhões de átomos. 
Bomba de fusão 
A bomba de fusão ou termonuclear tem um poder de destruição 10 mil vezes maior do que a de fissão. Ao 
contrário da fissão, a fusão vai unir dois elementos ou seja consiste na união de núcleos menores 
ocasionando núcleos maiores. 
Esse processo é o mesmo que ocorre no Sol, podendo ser a fusão de isótopos de prótio deutério e trítio. 
Pela alta temperatura de seu núcleo, aproximadamente 10^6 Cº, a velocidade dos elementos acaba 
suprindo a de repulsão eletromagnético exercida pelos elétrons, e então os átomos se chocam formando 
um átomo de Hélio (He)+2 pósitrons + energia. 
Já na bomba vai ser a união dos isótopos deutério e trítio, o que também irá gerar um átomo de 
Helio+nêutron e energia. 
 
Uma curiosidade é que a bomba de hidrogênio libera muito mais calor do que radiação, e que é através de 
seu processo é possível explicar o motivo pelo qual as estrelas brilham. 
A cada Hélio (He) formado você tem a liberação de um fóton de luz, ou seja, um pouco dessa conversão 
de massa (M) pode se transformar em energia (E) em forma de fótons, que resulta no brilho intenso das 
estrelas. Sem falar na imensa quantidade de energia que também é liberada. 
 
Reatores Nucleares 
Os reatores nucleares são compostos dos seguintes elementos fundamentais: combustível, sistema de 
controle, sistema de refrigeração, blindagem e moderador. 
Quando o nêutron recém-produzido que se movimenta a uma velocidade de 16.000 Km/s colide com o 
átomo de urânio-235 ocorre processo de fissão. Existem vários tipos de reatores como: 
Reatores Magnox são refrigerados a gás, foram utilizados na primeira usina nuclear da historia que com 
quatro reatores deste modelo produzia 170 MW, esses reatores usam o urânio natural como combustível, 
que se apresenta em forma de barras, tem como moderador a grafita. 
Reatores refrigerados a gás aperfeiçoados (AGR) é uma forma de aperfeiçoamento dos reatores magnox 
com maior eficiência térmica e maior extração de calor do combustível, os AGR usam dióxido de urânio 
cerâmico como combustível e essa é a principal diferença destes para os reatores magnox. 
Reatores de água pressurizada (PWR), nesse reator o elemento refrigerador é a água comum sob preção 
muito forte essa água poder chegar a cerca de 580°C sem ferver por sua alta pressão essa água que por 
sua vez passa por um permutador de calor afim de fazer a água contida em outro recipiente ferver, essesreatores usam como combustível o óxido de urânio na forma de pastilhas. 
Reatores de água fervente (BWR), nos BWR a água serve como liquido refrigerador e moderador porém 
não está sobre pressão e ferve no reator, assim ele funciona como uma chaleira, sua fonte de combustível 
é o óxido de urânio na forma de pastilhas. 
Reatores a água pesada, a água pesada é um moderador melhor que a água leve (comum) pois ela 
absorve menos nêutrons do que a outra e deixa eles se movimentarem por mais tempo antes que 
adquiram energia térmica, porém os elementos combustível tem que ser colocados a alguns centímetros 
uns dos outros enquanto que nos de água leve esse espaço é de milímetros tornado assim bem maior que 
os de água leve. 
Reatores refrigerados a gás com alta temperatura (HTR) são reatores térmicos que possuem pequenos 
núcleos porém com alta potência. 
Reatores rápidos são os reatores que não possuem moderadores e isso faz com que os nêutrons não 
percam energia cinética, e isso faz com que o núcleo seja muito pequeno e o combustível é muito 
enriquecido com urânio-235 e no núcleo dele há poucos materiais que absorvem nêutrons e por conta 
desse núcleo menor esse necessita de menos nêutrons para seu funcionamento. 
Reatores de pesquisa, esses reatores são basicamente projetados para fins cientificos, como o 
bombeamento de neutros em agumas substâncias entre vários outros esperimentos. 
 
 
Usinas nucleares 
Como vimos anteriormente, quanto mais massivo é um elemento, mais instável o mesmo tente a ser, e 
para conseguir se estabilizar ele emite radiação, e é essa radiação que as usinas utilizam. O problema é 
se o processo acontecer naturalmente irá levar bilhões para se gerar alguma coisa útil. E é por isso que 
nas usinas existem os bombardeamentos de nêutrons térmicos, assim como na bomba de fissão. Mas em 
uma usina existe os moderadores nucleares ou moderadores de neutrões, é um meio de reduzir a 
velocidade de neutrões rápidos, tornando-os neutrões térmicos capaz de sustentar uma reação térmica em 
cadeia. Pode ser utilizado como moderadores água leve (75% dos reatores mundiais), grafite (20% dos 
reatores mundiais) e água pesada (5% dos reatores mundiais). 
Água leve: Água comum (𝐻2𝑂) 
Água pesada: Óxido de deutério (𝐷2𝑂) 
A usina nuclear opera de maneira muito parecida com uma usina de carvão ou gás natural, ambas usa 
uma fonte de energia para esquentar água, que com o aumento da temperatura passa para o estado 
gasoso, e tenta escapar em direção a uma turbina. Essa passagem do fluido faz com que o equipamento 
comece a girar, assim depois ela condensa e volta para o início, e a rotação está ligada a um gerador que 
por sua vez está conectado ao um sistema que transforma movimento em eletricidade, para abastecer 
casas e/ou indústrias. 
 
 
Resíduos radioativos 
Os resíduos nucleares, também conhecidos como lixo nuclear, são os compostos que não tem mais 
nenhuma utilidade de uso. As principais fontes de resíduos são as usinas nucleares, após o processo de 
fissão nuclear, o que sobra do urânio também é considerado lixo nuclear. Cada tipo de resíduo necessita 
de um caminho diferente pelo grau de radiação que emite e se são sólidos ou não, sendo esses graus 
divididos em: alta, média e baixa radioatividade. Entre um nível e outro o aumento de radioatividade é de 
até 1000 vezes, em algumas usinas como nas usinas de Angra os rejeitos classificados como de baixa 
radioatividade são materiais utilizados na operação das usinas, materiais de uso comum como luvas, 
sapatilhas, roupas especiais, equipamentos e até fitas crepes, porém como foram expostos a radiação 
acabam absorvendo um pouco da mesma, esse depois de recolhidos, separados e por fim são expostos a 
um processo de descontaminação com o objetivo de reduzir a radiação dentro dele e por fim são triturados 
e prensados dentro de recipientes feitos de materiais que bloqueiam a passagem da radiação. Os resíduos 
de média radioatividade desta mesma usina de Angra são compostos de filtros, afluentes líquidos 
solidificados e resinas esses são postos dentro de matrizes solidadas de cimento e são mantidos dentro 
de recipientes de aço, e com o decorrer do tempo os resíduos vão perdendo a radioatividade. 
 
 
Os resíduos de alta radioatividade são os próprios combustíveis da usina, os elementos combustíveis, 
porém esses tem uma pequena diferença quando comparados aos outro resíduos pois eles podem ser 
reaproveitados mais adiante, depois de reprocessados, então por essa característica não chegam a ser 
rejeitos propriamente dito pois podem ser reutilizados, porém quando isso não ocorre, os elemento 
combustível que já foram utilizados na geração de energia são armazenados em piscinas especiais dentro 
dos prédios de segurança da usinas. 
 
Acidentes em Usinas Nucleares: 
O risco de acontecer um acidente com uma usina nuclear é extremamente grande, pois todos os 
processos devem ser tratados com muito cuidado e segurança. 
Chernobyl: 
O maior acidente ocorrido por causa de um acidente nuclear é o acidente de Chernobyl, ocorrido na 
Ucrânia em 26 de abril de 1986. 
O desastre começou quando foi identificado por problemas técnicos no reator da usina, o acidente matou 
2,4 milhões de pessoas e atingiu nível sete na Escala Internacional de Acidentes Nucleares (INES). 
Após a explosão, a falha e morte de homens enviados para conter as chamas da explosão, foram 
necessárias construir uma estrutura de concreto, aço e chumbo que cobriria a área da explosão. 
Como essa estrutura foi construída as pressas, ela apresenta fissuras, assim, ainda deixando o local 
nocivo. 
 
Fukushima: 
Em 11 de março de 2011, após um terremoto de grau 9 na escala Ritcher atingir o Japão, a usina nuclear 
Daiichi, sofreu danos em 3 de seus 6 reatores, assim liberando uma grande e considerada quase 
preocupante quantidade de radiação. 
 
Distribuição no mundo 
Até 2011 havia 440 reatores de potencia em operação com capacidade total de 374.093 MW e mais 65 
reatores nucleares em construção, esses 440 reatores que por sua vez estão distribuídos de acordo com a 
tabela abaixo: 
 
No ano de 2010 o país que mais produziu energia nuclear foi os USA, com uma produção de cerca de 
30% da produção mundial, outros países também obtiveram uma grande porcentagem da produção 
mundial como França 16%, Japão 11%, Alemanha 5%, Rússia 6%, Coreia do Sul 5%, Canada 3%, 
Ucrânia 3% e China juntamente a Taiwan 4%. O Brasil produziu em 2010 o equivalente a 1% de toda 
produção de energia nuclear no mundo. Países com menores gerações produziram cerca de 2% do todo. 
 
 
Com esses dados observamos que maior produtor de energia nuclear no mundo são os USA. No caso dos 
USA isso se deve a grande demanda de energia, pois se não o mais industrializado os USA ficam entre os 
mais industrializados do planeta, essas indústrias juntamente seus mais de 300 milhões de habitantes 
demandam muita energia então o mesmo praticamente tende a explorar em escala todas as fontes 
conhecidas de energia, todos nos sabemos que com a industrialização os USA para produção energia 
exploravam bastante as suas reservas de carvão mineral com o passa do tempo com o desenvolvimento 
da indústria automobilística os USA tornaram o petróleo sua principal fonte de energia assim como 
praticamente todo o mundo, porém após a crise de 1973 responsável por um grande aumento no preço do 
petróleo, esse países que dependiam muito dessas fonte de energia acabaram sendo prejudicados e com 
isso países como os USA começaram a investirem fontes alternativas de energia e uma delas é a nuclear 
e como os USA tem capital suficiente para a implantação de várias dessas usinas ele acabou aproveitando 
dessa formade energia para adquirir uma certa independência do petróleo. 
Toda essa produção de energia nuclear no mundo representa apenas 12,9% da produção mundial. 
 
Custos da Usina 
Os custos da construção das instalações de uma usina nuclear como a de Angra 2 por exemplo giram em 
torno dos R$ 6.049.149.508,11 juntamente aos R$ 4.978.183.837.02 dos equipamentos e com uma 
produção de 1350 MW, porém esse valor varia muito dependendo do tamanho e capacidade de produção 
da instalação, nesta mesma usina de Angra 2 o custo de operação, manutenção e combustível em 2014 
giram em torno de R$ 91,25/MWh, sendo R$ 70,35/MWh de operação e manutenção e R$ 20,89/MWh de 
combustível. 
 
Referências: 
Livros: 
GAINES, Matthew J. Energia Atômica. 2.ed. São Paulo: Prisma,1977. 
Sites: 
Disponível em: 
<https://pt.energia-nuclear.net/combustivel-nuclear>. Acesso em: 28 de nov. 2017 
Disponível em: 
<http://www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0412200_08_cap_03.pdf>. Acesso em: 28 de nov. 
2017 
Disponível em: 
<http://www.eletronuclear.gov.br/Saibamais/Gerenciamentoderes%C3%ADduos/Res%C3%ADduosradioati
vos.aspx>. Acesso em: 28 de nov. 2017 
Disponível em: 
<http://www.eletronuclear.gov.br/Saibamais/Perguntasfrequentes/Angra2custos.aspx>. Acesso em: 28 de 
nov. 2017 
Disponível em: 
<http://www.eletronuclear.gov.br/LinkClick.aspx?fileticket=B83X6AUTOaE%3d&tabid=95>. Acesso em: 28 
de nov. 2017 
Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=J9SAZ314yNg>. Acesso em: 28 de nov. 2017 
Disponível em: 
<http://www.epe.gov.br/AnuarioEstatisticodeEnergiaEletrica/20130909_1.pdf >. Acesso em: 28 de nov. 
2017