usinas nucleares

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Usinas Nucleares
TE033 – Centrais Elétricas
Prof. Dr. Clodomiro Unsihuay Vila
Natasha Alexandra Vicentin
Agenda
Introdução;
Fissão nuclear;
Obtenção de combustível nuclear;
Reator nuclear de fissão e sua estrutura;
Funcionamento de uma usina nuclear por fissão;
Angra 1, Angra 2 e Angra 3 e usinas nucleares no cenário mundial;
Lixo radioativo;
Fusão nuclear;
Reator de fusão nuclear;
Comparativo fissão nuclear X fusão nuclear;
Referências bibliográficas.
Introdução
Uma usina nuclear produz energia elétrica a partir da energia nuclear;
Essa energia nuclear é obtida por meio da fissão nuclear dos elementos radioativos urânio ou plutônio;
Há previsão, no futuro, que a energia seja obtida por meio da fusão nuclear.
Fissão nuclear
Na fissão nuclear, átomos de urânio ou de plutônio são bombardeados por nêutrons;
Os nêutrons fazem com que a massa desses átomos aumente e, consequentemente, se tornem instáveis;
Assim, cada átomo é forçado a se dividir para formar outros dois, de tal forma a liberar energia e nêutrons livres;
Esses nêutrons livres vão se chocar com outros átomos, causando novas reações, e assim, sucessivamente, além de que a quantidade de energia liberada será cada vez maior. Esse processo é conhecido como reação em cadeia.
Obtenção de combustível nuclear - Urânio
Um dos principais elementos usados como combustível nuclear é o Urânio 235;
Na natureza, o urânio é encontrado na forma mineral misturado com argila, enxofre e outras impurezas;
O urânio retirado da mina é composto por apenas 0,7% urânio-235, enquanto os outros 99,3% são compostos por urânio-238, que não é utilizado para a geração de energia; 
Assim, é necessário realizar o enriquecimento de urânio, de forma a aumentar a porcentagem de urânio-235;
Os dois processos de enriquecimento mais utilizados são a difusão gasosa e a ultracentrifugação.
Uraninita, uma das várias rochas que é constituída por urânio.
Enriquecimento do urânio
O urânio bruto é limpo por ácido sulfúrico e transformado em pó;
Então, é submetido a um gás à base de flúor sob uma temperatura de 550 ºC, se tornando também uma substância gasosa;
Esse produto passa por um novo banho de flúor, a 350 ºC, e se transforma no gás hexafluoreto de urânio (UF6);
Na difusão gasosa, o UF6 é direcionado contra uma barreira cheia de poros microscópicos;
Como o U-235 é menor que o U-238, ele passa pelas membranas porosas mais facilmente;
Essa passagem pela barreira é repetida até a concentração de U-235 chegar ao nível desejado de 2% a 4%; 
Já na ultracentrifugação, o UF6 passa por uma centrífuga, que separa os átomos para obter, também, uma porcentagem de 2% a 4% do urânio-235;
Depois, outros processos separam o urânio enriquecido do flúor e o transformam em tabletes sólidos.
Após processamento, o urânio é transformado em pó.
Outro elemento utilizado como combustível nuclear é o Plutônio 239;
O isótopo 239Pu é obtido como subproduto do 238U, por meio de reações nucleares;
Como o 238U é um elemento radioativo, as reações que ocorrem em seu núcleo são conhecidas como reações de decaimento;
Essas reações emitem radiação do tipo beta.
238U + n  →  239U  →  β → 239Np → β→ 239Pu
Obtenção de combustível nuclear - Plutônio
A fissão nuclear ocorre no reator nuclear da usina;
Um reator nuclear é composto por barras de combustível constituídas por cerca de 400 pastilhas pequenas de urânio-235 ou o plutônio-239;
Essas barras de combustível são colocadas de maneira intercalada com as barras de controle;
As barras de controle são feitas de materiais que absorvem nêutrons sem sofrer fissão;
Os nêutrons que foram absorvidos não provocarão novas fissões e a velocidade das reações nucleares diminuirá;
 Assim é possível controlar a reação em cadeia;
As barras de controle também controlam a quantidade de energia que as barras de combustível liberam.
Reator Nuclear de fissão
Reator nuclear Angra 2.
https://www.youtube.com/watch?v=7eHkpUSaVwU
Construção de um reator nuclear
Em um reator nuclear, existem barreiras para evitar a contaminação do meio ambiente com materiais radioativos:
Parede do reator – Blindagem radiobiológica: Essa parede de concreto e chumbo, além de resistir a colisões e ataques, barra a radiação e os nêutrons que eventualmente possam vazar;
Parede de aço: Tem três centímetros de espessura e impede que materiais radioativos escapem em caso de acidente;
Vaso de pressão: É a primeira embalagem de segurança para proteger o núcleo do reator;
Funcionamento de uma usina nuclear
A Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto (CNAAA), localizada em Angra dos Reis, conta com duas usinas em operação;
 A primeira é Angra 1, que entrou em operação comercial em 1985 e tem potência de 640 megawatts;
A outra é Angra 2, que começou a operar em 2001 e cuja potência é de 1.350 megawatts;
Elas representam 3% da geração de energia nacional;
Para os próximos anos, está prevista a entrada em operação de Angra 3, de 1.405 megawatts, que, no momento, está em obras.
Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto 
Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto. 
Primeira usina nuclear brasileira;
Entrou em operação em 1985;
Com 640 megawatts de potência, Angra 1 gera energia suficiente para suprir uma cidade de 1 milhão de habitantes;
Nos primeiros anos de sua operação, alguns equipamentos prejudicaram o funcionamento da usina;
 Os problemas foram solucionados em meados da década de 1990, fazendo com que a unidade passasse a operar com padrões de desempenho compatíveis com a prática internacional.
Angra 1
Segunda usina nuclear brasileira;
Entrou em operação comercialmente em 2001;
 Com potência de 1.350 megawatts, Angra 2 é capaz de atender ao consumo de uma cidade de 2 milhões de habitantes;
A performance da usina tem sido exemplar desde o início. No final de 2000 e no início de 2001, sua entrada em operação permitiu economizar água dos reservatórios das hidrelétricas brasileiras, amenizando as consequências do racionamento de energia;
Em 2009, ocupou a 21ª posição em comparação com as 50 melhores usinas americanas numa análise dos indicadores de desempenho da Associação Mundial de Operadores Nucleares (Wano).
Angra 2
Angra 1:
Segundo o Balanço Anual (2014) da Eletronuclear, publicado no dia 16/04/2015, no Diário Oficial do Estado do Rio de Janeiro, o custo bruto de construção das instalações de Angra 1, atribuído à Eletronuclear, foi de R$ 2.975.330.769,46, realizado até 31 de dezembro de 2014;
O custo de produção de uma usina é constituído pelo seu custo de O&M (Operação de Manutenção) e do combustível. O custo de produção, no exercício de 2014, de Angra 1 (em 31/12/2014) foi de R$116,82/MWh, sendo R$94,39/MWh de O&M e R$22,43/MWh de combustível.
Angra 2:
Segundo o Balanço Anual (2014) da Eletronuclear, publicado no dia 16/04/2015, no Diário Oficial do Estado do Rio de Janeiro, o custo bruto de construção das instalações de Angra 2, atribuído à Eletronuclear, foi de R$ 6.049.149.508,11, realizado até 31 de dezembro de 2014.;
O custo de produção de uma usina é constituído pelo seu custo de O&M (Operação e Manutenção) e do combustível.  O custo de produção, no exercício de 2014, de Angra 2 (em 31/12/2014) foi de R$ 91,25/MWh, sendo R$ 70,35/MWh de O&M e R$ 20,89/MWh de combustível.
Custos Angra 1 e Angra 2
Quando entrar em operação comercial, em 2018, a nova unidade com potência de 1.405 megawatts;
 Será capaz de gerar mais de 12 milhões de megawatts-hora por ano;
Com Angra 3, a energia nuclear passará a gerar o equivalente a 50% do consumo do Estado do Rio de Janeiro;
O empreendimento demandará investimentos totais diretos de cerca de R$ 14,9 bilhões;
Até o momento, foram executados 60% das obras civis.
Angra 3
Cenário mundial
No mundo existem mais de 430 usinas nucleares e outras estão em processo de construção;
 A energia nuclear é atualmente responsável por 1,5% da energiaproduzida no Brasil, e representa 5,1% de toda a energia produzida no planeta;
Na França, as usinas nucleares respondem por mais de 76% da eletricidade, e na Ucrânia, por 48%.
*Reservas de urânio estimadas cuja extração custa até 130 dólares por quilo.
Usina Nuclear de Bugey, localizada na França.
Lixo radioativo
A Agência Internacional de Energia Atômica exige que o lixo nuclear seja embalado e armazenado de forma a ficar isolado até que não ofereça mais risco ao meio ambiente e à saúde humana, ou seja, até que deixe de ser radioativo;
Os restos dos elementos combustíveis das usinas mantém-se radioativo por milhões de anos;
Não há uma solução definitiva sobre como armazenar esse material sem oferecer riscos às populações e ao entorno; 
No Brasil, rejeitos desse tipo são armazenados em piscinas de resfriamento nas próprias usinas nucleares que os produzem;
Geralmente, o destino final desses rejeitos são depósitos subterrâneos, nos quais o material fica em cápsulas de metal, enterrado a centenas de metros;
Atualmente, os países produtores de rejeitos de alta atividade discutem qual a melhor solução definitiva para esse lixo. 
No Brasil, o combustível nuclear usado nos reatores é armazenado nas piscinas de resfriamento.
Fusão nuclear
Na fusão nuclear, dois isótopos de hidrogênio se unem para formar um átomo de hélio;
Para que a fusão seja possível, são necessárias altas pressões e temperaturas;
Nessa reação, há liberação de grande quantidade energia e de um nêutron livre.
¹H - núcleo formado por um próton e nenhum nêutron.
²H - núcleo formado por um próton e um nêutron.
Reator de fusão nuclear
Conhecidos como reatores de Tokamak, são destinados somente à pesquisa;  
Para uma reação de fusão ter início é necessária uma temperatura na ordem de 100 milhões de graus Celsius;
Por meio de reações de fusão nuclear no interior do reator, o plasma é criado a partir de isótopos do hidrogênio;
Então, para que as paredes do reator não sejam danificadas devido a altas temperaturas, o plasma não deve tocá-las;
Os eletroímãs que compõem o reator, criam um campo magnético toroidal para o confinamento de plasma,de forma a manter o plasma longe das paredes.
Visão interna do reator Tokamak.
https://www.youtube.com/watch?v=g8BZyiggEAE
https://www.youtube.com/watch?v=QCK51vqWunU
Fissão X Fusão
Já é utilizada para geração de energia elétrica;
A fissão ocorre a temperatura e pressão ambientes;
6 g de urânio, elemento mais usado na fissão, abastecem uma casa com quatro pessoas durante um dia;
Alto custo de construção, em razão da tecnologia e segurança empregadas;
Existe o risco do reator vazar ou explodir, liberando radioatividade na atmosfera e nas terras próximas, num raio de quilômetros;
O lixo radioativo é considerado um problema.
Ainda não é utilizada para geração de energia elétrica;
A fusão só ocorre a pressão e temperatura altíssimas;
6 g de hidrogênio, o elemento químico mais usado na fusão, abastecem uma casa com quatro pessoas por 156 dias;
No futuro, servirá para produzir energia de forma mais eficiente e limpa do que a fissão;
Na reação de fusão, o hélio formado é gás inerte e não radioativo.
Slide 1 - Capa
Imagem: http://www.fragmaq.com.br/wp-content/uploads/2014/06/1-usina-nuclear.jpg
Slide 2 - Agenda
Slide 3 – Introdução
Imagem: https://www.ambienteenergia.com.br/wp-content/uploads/2015/05/usina-nuclear.jpg
Texto: http://www.infoescola.com/fisica/principios-da-usina-nuclear/
Slide 4 – Fissão nuclear
Imagem: http://www.sofisica.com.br/conteudos/curiosidades/imagens/fissao.gif
Texto: http://www.alunosonline.com.br/quimica/fissao-nuclear.html
http://www.infoescola.com/fisica/principios-da-usina-nuclear/
Slide 5 – Obtenção de combustível nuclear
Imagem:http://www.uned.es/cristamine/fichas/uraninita/uraninita2.jpg
Texto: http://www.infoescola.com/quimica/enriquecimento-de-uranio/
http://mundoestranho.abril.com.br/materia/o-que-e-o-uranio-enriquecido
http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2010/05/no-brasil-99-do-uranio-e-usado-para-gerar-eletricidade-saiba-mais.html
Referências Bibliográficas
Slide 6 – Enriquecimento do urânio
Imagem: http://s.glbimg.com/jo/g1/f/original/2010/05/17/yellowcake_.jpg
Texto: http://www.infoescola.com/quimica/enriquecimento-de-uranio/
http://mundoestranho.abril.com.br/materia/o-que-e-o-uranio-enriquecido
Slide 7 – Obtenção de combustível nuclear - Plutônio
Texto: http://www.brasilescola.com/fisica/reacoes-decaimento.htm
http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/plutonio/
Slide 8 – Reator nuclear de fissão
Imagem: https://c2.staticflickr.com/2/1270/700869530_921462a91c_b.jpg
Texto: http://www.mundoeducacao.com/quimica/reator-nuclear.htm
Slide 9 – Construção de um reator nuclear
Imagem: http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/nuclear/angra2-1.jpg
Texto: http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-funciona-uma-usina-nuclear
Slide 10 – Funcionamento de uma usina nuclear
Imagem:http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/nuclear/angra2-1.jpg
Texto:https://almanaque.abril.com.br/lixo-radioativo
Referências Bibliográficas
Slide 11 – Central Nuclear de A
Imagem:http://www.eletronuclear.gov.br/Portals/0/CN03%20-%200008a.jpg
Texto: http://www.eletronuclear.gov.br/AEmpresa/CentralNuclear.aspx
Slide 12 – Angra 1
Imagem: http://www.eletronuclear.gov.br/Portals/0/A101%20-%200068.JPG
Texto:http://www.eletronuclear.gov.br/aempresa/centralnuclear/angra1.aspx
Tabela:http://www.eletronuclear.gov.br/AEmpresa/CentralNuclear/Informa%C3%A7%C3%B5esAngra1.aspx
Slide 13 – Angra 2
Imagem: http://s2.glbimg.com/meuLbepxTpnauYDHFs4niTIlshBola79WkWhq2QH18UHThhKAQmMDQuyJf0nLTFO/e.glbimg.com/og/ed/f/original/2013/09/11/a_2_externa.jpg
Texto: http://www.eletronuclear.gov.br/aempresa/centralnuclear/angra2.aspx
Tabela:http://www.eletronuclear.gov.br/AEmpresa/CentralNuclear/Informa%C3%A7%C3%B5esAngra2.aspx
Slide 14 – Custos Angra 1 e Angra 2
Texto:http://www.eletronuclear.gov.br/Saibamais/perguntasfrequentes/Angra1custos.aspx
http://www.eletronuclear.gov.br/Saibamais/perguntasfrequentes/Angra2custos.aspx
Referências Bibliográficas
Slide 15 – Angra 3
Imagem: http://www.eletronuclear.gov.br/Portals/0/angra%203%20out%2013.JPG
Texto:http://www.eletronuclear.gov.br/aempresa/centralnuclear/angra3.aspx
Slide 16 – Cenário mundial
Imagem:http://adm.rbc1.com.br/public/ckfinder/userfiles/images/NUCLEAIRE%20-%20EDF.jpg
Texto:https://almanaque.abril.com.br/lixo-radioativo
Tabela: https://almanaque.abril.com.br/lixo-radioativo
Slide 17 – Cenário mundial
Imagem:https://almanaque.abril.com.br/lixo-radioativo
Slide 18 – Lixo radioativo
Imagem: http://ceaam.net/imgs/20110327082647242713u.jpg
Texto:https://almanaque.abril.com.br/lixo-radioativo
Referências Bibliográficas
Referências Bibliográficas
Slide 19 – Fusão nuclear
Imagens:http://s1.static.brasilescola.com/img/2013/09/fusao.jpg
http://www.alunosonline.com.br/upload/conteudo/images/reacao-de-fusao.jpg
Texto: http://mundoestranho.abril.com.br/materia/o-que-e-fusao-e-fissao-nuclear
http://www.alunosonline.com.br/quimica/fusaonuclear.html
http://www.alunosonline.com.br/fisica/fusao-nuclear.html
Slide 20 – Reator de fusão nuclear
Imagens: http://www.mundoeducacao.com/upload/conteudo/images/reator-de-fusao.jpg
http://www.mundoeducacao.com/upload/conteudo_legenda/b1cb8c8044e7fd242d44073042e686cb.jpg
Texto: http://www.mundoeducacao.com/quimica/reator-fusao.htm
Slide 21 – Fusão X Fissão
Texto: http://mundoestranho.abril.com.br/materia/o-que-e-fusao-e-fissao-nuclear