fusão e fissão nuclear uma breve explicação

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Fusão e Fissão Nuclear: uma breve introdução
Reginaldo A. Zara
CCET-Unioeste
Unioeste, 14/12/2007.
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 FUSÃO E FISSÃO NUCLEAR
Como podem os prótons ficar confinados em uma região tão pequena como é o núcleo do átomo, sendo que existe uma forte repulsão eletrostática entre eles?
Os prótons e nêutrons do núcleo do átomo são ligados por uma energia enorme – força nuclear forte
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Força nuclear forte – força de curtíssimo alcance, mas que, dentro do seu raio de ação, é muito mais intensa que a gravitacional e a eletromagnética.
Quando um nêutron atinge o átomo, a ligação se rompe, o núcleo se divide, libera partículas e energia
Nas reações que envolvem núcleos, as transformações de massa em energia e vice-versa estão sempre presentes. Assim, nestas reações, é de uso fundamental a equação de Einstein.
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Fusão: Uma breve introdução
A fusão nuclear  dois ou mais núcleos atômicos se juntam, formando um outro núcleo maior;
É necessária muita energia cinética, que permita vencer a repulsão dos núcleos e haja o contato e a iteração entre eles; 
A energia liberada depois da fusão é geralmente muito maior que a energia consumida;
A fusão ocorre mais facilmente entre núcleos que têm um pequeno número de prótons;
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Reações de fusão - A principal reação de fusão que ocorre no interior do Sol. 
A reação que ocorre mais facilmente é aquela em que o deutério se funde com o trício (ou trítio) produzindo uma partícula alfa (núcleo de hélio 4) e um nêutron, conforme a reação 3 abaixo.
 	D2 + D2  (He3 + 0,82 MeV) + (n1 + 2,45 MeV) 
 	D2 + D2  (T3 + 1,01 MeV) + (H1 + 3,03 MeV) 	
 	D2 + T3  (He4 + 3,52 MeV) + (n + 14,06 MeV)
 	D2 + He3  (He4 + 3,67 MeV) + (H1 + 14,67MeV) 
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	Aparelho que consegue suportar essas temperaturas mantendo um delgado filete de plasma, longe das paredes, durante um curto intervalo de tempo e usando a técnica do confinamento magnético.
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Fissão nuclear  quebra ou divisão de um núcleo atômico, instável e pesado, através de um bombardeamento do núcleo com nêutrons lentos;
Poucos átomos podem sofrer o processo de fissão nuclear, entre eles, o urânio-235 e o plutônio;
A energia obtida através da fissão nuclear é devida à transformação da matéria em energia;
Geração de energia elétrica em países como Japão, França, USA, China, Brasil e outros;
Fissão: Uma breve introdução
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Fissão Nuclear
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Fusão Nuclear x Fissão Nuclear
Vantagens
O processo mais limpo que a fissão  usa núcleos atômicos leves (Trítio e Deutério, isótopos do Hidrogênio);
Os lixos radioativos possuem vidas curtas;
A quantidade de energia liberada é muito maior na fusão que na fissão;
Desvantagens
Não se consegue controlar a fusão de um modo eficaz;
Ocorre em temperaturas elevadíssimas (milhões de graus centígrados).
É necessário o confinamento dos núcleos por pelo menos um segundo (câmaras magnéticas em formato toroidal  “tokamak”;
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Urânio Natural  (0.7% 235U, 99.3% 238U) 
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Condição necessária para a sustentabilidade da reação: O número de núcleos que capturam nêutrons e sofrem fissão tem de ser, em média, igual ao dos nêutrons resultantes desses processos que vão ser depois capturados e induzir fissão
Consequentemente: o factor de multiplicação (razão entre on número de nêutrons de uma geração e o correspondente número da geração seguinte) deve ser UM 
Reação em cadeia / Sustentabilidade
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História (cíclica) de 100 nêutrons numa reação em cadeia
100 nêutrons lentos são capturados por U235 a causam fissão
Resultam 200 nêutrons
40 escapam durante a termalização
20 são capturados pelo U238 durante a termalização
140 que atingem velocidades baixas (lentos/térmicos 2200 m/s) 
10 escapam como nêutrons lentos ou térmicos
130 nêutrons disponíveis para absorção térmica:
30 são absorvidos (moderador, U238, contaminantes, etc.)
100 nêutrons lentos são capturados por U235 a causam fissão
Reação em cadeia / Sustentabilidade
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Converte-se o óxido de urânio num gás,o UF6, hexafluoreto de U.
Separação por difusão e/ou centrifugação permite ENRIQUECER a parcela de isótopo 235 até aos 3 - 4% (maior eficiência; possibilita moderação dos nêutrons com água)
O UF6 é de novo convertido em UO2 e formam-se as “pellets” que são introduzidas em tubos metálicos que vão constituir as “barras de combustível” do núcleo do reator. 
Uma vez consumido o combustível, as barras são removidas para re-processamento ou para armazenamento de médio ou longo prazo.
O “ciclo” do combustível nuclear
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Reator nuclear
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Controle da Fissão nos Reatores
A reação acontece dentro de varetas que compõem o elemento combustível. Dentro dele há também barras de controle - feitas de material que absorve nêutrons, controlando o processo. Quando as barras "entram totalmente" no elemento combustível, o reator pára; quando saem, ele é ativado. 
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Num reator nuclear, a reação em cadeia é controlada com o uso de barras de substâncias moderadoras, como, por exemplo, a grafite.
 Urânio enriquecido  3% a 4%. 
 Reação não controlada  Explosão.
 Bomba Atômica
 Urânio enriquecido  90%. 
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Energia nuclear e o aquecimento global
	Das fontes mais utilizadas de energia, apenas três não contribuem com a emissão de gases que causam o efeito estufa:
 Eólica
 Solar
 Nuclear
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Energia eólica: como o vento não pode ser represado, é uma energia imprevisível, vulnerável a oscilações climáticas;
Energia solar: necessita de grandes extensões para a produção de pouca energia, e só faz sentido em locais com forte incidência de luz solar;
Energia nuclear: Com controle rígido dos reatores, a energia atômica e ecológica já é uma realidade
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ENERGIA NUCLEAR NO MUNDO
(percentual)
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O Lado Bom
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Energia Liberada
A fissão completa de 1kg de 235U libera aproximadamente 8 x 1013 joules, suficiente para ferver 270 milhões de litros de água.
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O Lado Ruim
Em Chernobyl, em 1986, reator explodiu durante operação de manutenção dos equipamentos da usina. 
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O Lado Ruim
Bomba A- 1945
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Um Grande Problema
 
 
O LIXO ATÔMICO
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Medindo a Radioatividade
Contador de Geiger-Müller 
A radiação entra no tubo e produz ionização das moléculas gasosas, gerando uma corrente elétrica, cuja intensidade é registrada.
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A Radioatividade do Cotidiano
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A Radioatividade do Cotidiano
Energia solar: 11 mrem por ano 
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A Radioatividade do Cotidiano
Área num raio de 1 km de uma usina nuclear: 5 mrem por ano 
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Irradiação e Contaminação
Irradiação é a exposição de um objeto ou um corpo à radiação, o que pode ocorrer à distância, sem necessidade de contato. 
Irradiar não significa contaminar. 
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Irradiação e Contaminação
Contaminação, radioativa ou não, caracteriza-se pela presença indesejável de um material em local onde não deveria estar.
No caso de materiais radioativos, a contaminação gera irradiações. Para descontaminar um local, retira-se o material contaminante. 
IRRADIAÇÃO NÃO CONTAMINA, MAS CONTAMINAÇÃO IRRADIA.
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Por que a radiação provoca danos 
biológicos?
Quando exposta à radiação a molécula de água, presente no líquido puro ou fazendo parte dos tecidos vivos, absorve energia e forma radicais livres. 
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Aplicações da Radioatividade
Alimentos 
Irradiados
 
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Aplicações da Radioatividade
Radioterapia
 
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Aplicações da Radioatividade
 
Datação radioativa
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