Trabalho Energia Nuclear ppt

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Bacharelado Em Engenharia Mecânica
 Disciplina: Introdução à Engenharia
Prof. Elton Mendes
Alceu Withoeft
Bruno H. Faxini
João Vitor Silva
Lucas Luz
Paulo R. Santos
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Engenharia Nuclear em um cenário de trinta anos
Introdução
 Energia nuclear é a energia liberada em uma reação 
nuclear, ou seja, em processos de transformação de núcleos 
atômicos. Alguns isótopos de certos elementos apresentam a 
capacidade de se transformar em outros isótopos ou elementos 
através de reações nucleares, emitindo energia durante esse 
processo; Baseia-se no princípio da equivalência 
massa-energia, segundo a qual durante reações nucleares 
ocorre transformação de massa em energia.
 A energia nuclear foi descoberta por Otto Hahn e Lise 
Meitner com a observação de uma fissão nuclear depois da 
irradiação de urânio com neutrons.
 A tecnologia nuclear tem como uma das principais 
finalidades gerar energia elétrica, aproveitando-se do calor 
emitido na reação, para aquecer a água até se tornar vapor, 
assim movimentando uma turbina a vapor acoplada a um 
gerador. 
Introdução
 A reação nuclear pode acontecer controladamente em um 
reator de usina nuclear, ou descontroladamente em uma bomba 
atômica (Causando uma reação chamada reação em cadeia).
 A reação nuclear é a modificação da composição do núcleo 
atômico de um elemento, podendo transformer-se em outro ou 
outros elementos. Esse processo ocorre espontaneamente 
quando não acontece metamorfose em alguns elementos. O 
caso mais interessante é a possibilidade de provocar a reação 
mediante técnicas de bombardeamento de neutrons ou outras 
particulas.
 Existem duas formas de reações nucleares: a fissão 
nuclear, onde o núcleo atômico subdivide-se em duas ou mais 
partículas; e a fusão nuclear, na qual ao menos dois núcleos 
atômicos se unem para formar um novo núcleo.
História da energia nuclear
 Ernest Rutherford, o descobridor do núcleo atômico, estava 
fazendo pesquisas sobre a configuração do átomo em livros de 
uma biblioteca, e descobriu, através do uso de raios catódicos, 
que estes poderiam ser modificados através de 
bombardeamento com partículas rápidas. Com a descoberta do 
neutron ficou claro que deveriam existir muitas possibilidades 
dessas modificações.
 Enrico Fermi suspeitava que o núcleo ficaria cada vez maior 
acrescentando neutrons. Ida Noddack foi a primeira a suspeitar 
que “durante o bombardeamento de núcleos pesados com 
neutrons, estes poderiam quebrar-se em pedaços grandes, que 
são isótopos de elementos conhecidos, mas não vizinhos dos 
originais na tabela periódica”.
 
 A fissão nuclear foi descoberta por Otto Hahn e Fritz 
Strabmann em Berlim – 1938 e explicada por Lise Meitner e 
Otto Frisch (ambos em exílio na Suécia) logo depois, com a 
observação de uma fissão nuclear depois da irradiação de 
urânio com neutrons.
 
 A primeira reação em cadeia foi realizada em dezembro de 
1942 em um reator de grafite de nome Chicago Pile 1 (CP-1), no 
context do projeto manhattan com a finalidade de construer a 
primeira bomba atômica, sob a supervisão de Enrico Fermi na 
universidade de Chicago.
Desenvolvimento da tecnologia da 
Fissão
 Pesquisas do governo secreto para aplicações militares da 
Fissão nuclear começaram com a 2º Guerra Mundial. O 
desenvolvimento de uma arma requeriu que a auto-sustentação 
da reação de fissão fosse criado e, futuramente, que uma 
quantidade adequada de material fissionável fosse produzido para 
ser utilizado na confecção de uma arma. Em 2 de dezembro de 
1942, na universidade de Chicago, um grupo dirigido por Enrico 
Fermi criou (com sucesso) o primeiro reator do mundo a chegar 
ao estado de auto-sustentação, ou “crítico”. O reator era 
abastecido com urânio natural embebido em blocos de grafite. A 
fissão ocorreu no isótopo do urânio, U-235. O urânio natural 
contém apenas 0.7% de U-235, enquanto o restante dos 99.3% 
do urânio é U-238, que não se fissiona exceto com neutrons 
altamente organizados, indisponíveis para o processo de fissão.
 Na produção de uma bomba, era necessário providenciar 
concentrações muito maiores de U-235, ou “urânio enriquecido”, 
e ultimamente, uma forma de difusão gasosa para ser usada na 
separação de U-235 e U-238. Ultimamente, a solução foi 
encontrada em uma forma de difusão gasosa que era utilizada na 
separação dos dois materiais. Uma maneira alternative de se 
obter materiais para armas é usar um núcleo fissionável 
diferente. Desta maneira, um material é o isótopo sintético do 
Plutônio, Pu-239, formado quando o U-238 reage com neutrons 
para produzir U-239. O U-239 é radiotivo e decai em dois passos 
para produzir Pu-239. Na produção de plutônio, um grande reator 
é necessário para irradiar o U-238.
 Uma vez que Fermi demonstrou que um reator crítico era 
exeqüível, um esforço maior era necessário na construção de 
reatores para produzir plutônio. O primeiro desses reatores, em 
Oak Ridge (Tennessee) foi seguido por usinas de larga escala em 
Hanford, Washington.
Fusão Nuclear
 Atualmente muitos cientistas tem tentado desenvolver 
sistemas eficientes que consigam promover a fusão controlada 
de átomos leves. Esses sistemas são chamados de reatores 
de fusão nuclear e são alvos de intensas pesquisas, sendo que 
são, atualmente, a maneira mais adequada de gerar energia 
para suprir a demanda atual da mesma.
 A engenharia de mecanismos que promovam a fusão de 
átomos é bastante complexa e é descrita, em parte, com a 
máxima transparência possível neste trabalho. Inicialmente são 
três as exigências para a operação bem sucedida de um reator 
termonuclear:
 
- Elevada Densidade n de partículas: densidade das partículas 
integrantes (por exemplo, de deutério) deve ser suficientemente 
elevada que a taxa de colisões d-d seja bastante alta.
Na elevada temperatura requerida, o deutério estará 
completamente ionizado, e formará um plasma (gás ionizado) 
neutron, constituído por deuterons e elétrons. 
- Elevada temperature T do plasma: O plasma deve estar quente, 
pois de outra maneira os deuterons colidentes não terão energia 
suficiente para penetrar na barreira coulombina que tende a 
mantê-los separados. Nas pesquisas de fusão as temperaturas 
são geralmente dadas em termos do valor de kT.
- Um tempo de confinamento t dilatado: Um grande problema éo 
do confinamento do plasma quente durante um interval de tempo 
bastante longo para que a densidade e a temperature 
permaneçam bastante elevadas e haja fusão apreciável do 
combustível.
Energia nuclear no mundo
 Segundo dados de maio de 2019 da Associação Nuclear 
Mundial (WNA, na sigla em inglês), existem 447 reatores 
nucleares em operação no mundo, em 30 países, com 
capacidade instalada total de 389,154 MWe. Destes, Segundo 
dados da AIEA (dezembro de 2018), 298 são do tipo PWR (o 
mesmo de Angra 1 e 2), com capacidade total de 282,443 MW, 
o que corresponde a cerca de 66% da capacidade instalada 
mundial.
 De acordo com o relatório Electricity Information, publicado 
pela International Energy Agency (IEA), em 2018, os reatores 
nucleares foram responsáveis por 10,4% da produção de 
energia elétrica no mundo, mas o objetivo é aumentá-la em 
25% até 2050, considerada a energia do futuro, trata-se de uma 
das mais eficientes formas de obtenção de energia que existem 
atualmente.
 
 
 As usinas térmicas convencionais (carvão, combustíveis líquidos e 
gás natural) contribuíram com 65,1% da geração total; as usinas 
hidrelétricas 16,6%; e a geração de energia por fontes renováveis 
totalizam 5,6%.
 
As fontes de urânio já identificadas são suficientes para suprir de 
60 a 100 anos de operação das usinas existentes no mundo e 
ainda os cenários de maior expansão previstos até 2035 pela 
AIEA. As reservas conhecidas estão atualmente em mais de cinco 
milhões de toneladas e o Brasil é um dos maiores prudutores.
 Mais de 9% das usinas nucleares estão concentradas nosEstados Unidos, na Europa, no Japão e na Russia. O governo 
russo inaugurou em abril de 2018 a primeira usina nuclear 
flutuante do mundo, localizada no mar Ártico.
 
 Em alguns países como Suécia, Finlândia e Bélgica a energia 
nuclear já representa mais de 40% do total de eletricidade 
produzida. A Coreia do Sul, China, Índia, Argentina e México 
também possuem usinas nucleares.
 
 O Brasil possui usinas nucleares no litoral do Rio de Janeiro, 
em Angra dos Reis, (Angra 1 e Angra 2). A construção da usina 
nuclear Angra 3, que estava paralizada desde 1986, teve sua 
licença ambiental aprovada em julho de 2008.
Os cinco países campeões em produção de energia nuclear, Segundo Bussiness Insider, 2014
Principais vantagens da energia Nuclear
- É um combustível mais barato que muitos outros como por 
exemplo o petróleo, o consume e a procura ao petróleo fez 
com que o seu preço disparasse, fazendo assim, com que 
o urânio se tornasse um recurso, comparativamente com o 
petróleo, um recurso de baixo custo.
- É uma fonte mais concentrada na geração de energia, um 
pequeno pedaço de urânio pode abastecer uma cidade 
inteira, fazendo assim com que não sejam necessários 
grandes investimentos no recurso.
- Não causa nenhum efeito estufa ou chuvas ácidas;
- É fácil de transportar como novo combustível;
- Tem uma base científica extensiva para todo o ciclo.
- Permite reduzir o défice commercial.
- É uma fonte de energia segura, visto que até a data só existiram 
dois acidentes mortais.
- Permite aumentar a competitividade.
Desvantagens da Energia Nuclear
 Apesar das suas vantagens esta energia também tem as 
suas desvantagens.
-Ser uma energia não renovável, como referido anteriormente, 
torna-se uma das desvantagens, visto que o recurso utilizado 
para produzir este tipo de energia se esgotará futuramente.
-As elevadas temperaturas da água utilizada no aquecimento 
causa a poluição térmica pois esta é lançada nos rios e nas 
ribeiras, destruindo assim ecossistemas e interferindo com o 
equilíbrio destas mesmas.
- O risco de acidente, visto que qualquer falha humana, ou técnica 
poderá causar uma catástrofe sem retorno, mas atualmente já 
existem sistemas de segurança bastante elevados, de modo a 
tentar minimizer e evitar que estas falhas existam, quer por parte 
humana, quer por parte técnica.
- A formação de resíduos nucleares perigosos e a emissão causal 
de radiações causam a poluição radioactive, os resíduos são um 
dos principais incovenientes desta energia, visto que atualmente 
não existem planos para estes resíduos, quer de baixo ou alto 
nível de radiotevidade, estes podem ter uma vida até 300 anos 
após serem produzidos podendo assim prejudicar as gerações 
vindouras.
- Pode ser utilizado para fins bélicos, para a construção de armas 
nucleares, esta foi uma das primeiras utilizações da energia 
nuclear, os fins bélicos são a grande preocupação a nível 
mundial, porque projetos nucleares como o do Irã, que 
ameaçam a estabilidade económica e social.
- Ser uma energia cara, visto que tanto o investimento inicial, 
como posteriormente a manutenção das energias nucleares são 
de elevados custos, até mesmo o recurso minério, visto que 
existem países que não o possuem, ou não em grande 
abundância, tendo assim que comprar de países externos.
- O plutónio 239 leva de 24.000 anos para ter sua radiotividade 
reduzida à metade, e cerca de 50.000 anos para tornar-se 
inócuo.
- Os seu efeitos, visto que na existência de um acidente, as 
consequências deste iram fazer-se sentir durante vários anos, 
visto que a radiotividade continuará a ser libertada durante 
vários anos.
Acidentes nucleares
 Desde o primeiro acidente, registrado em 1952 em Chalh 
River, no Canadá, ocorreram muitos outros. Um dos mais 
graves foi o acidente de Chernobyl, que ocorreu na Ucrânia 
em 1986, que explodiu devido a uma falha do Sistema de 
refrigeração.
 O mais recente foi em 2011 na usina Fukushima 1, na 
costa leste do Japão, que foi atingida pelo terremoto e pelo 
tsunami que abalou a região. Houve explosão os prédios que 
abrigavam dois reatores o que provocou a liberação da 
radiação.
 O Brasil também enfrentou o pior acidente nuclear de sua 
história quando o material Césio-137 não foi descartado 
corretamente. Calcula-se que 1600 pessoas tenham sido 
contaminadas e quarto pessoas morreram neste episódio.
Referências/Endereços consultados
https://www.google.com.br/search?q=energia+nuclear&sxsrf=ALeKk01XoNK3z0v7Osio
55dBuwXC_tvIVQ:1590937811225&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwjpx-
OYsd7pAhVBJ7kGHYOQCcgQ_AUoAXoECBQQAw&biw=1366&bih=673#imgrc=wPYhPw
vXJDjPJM
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_nuclear
https://www.eletronuclear.gov.br/Sociedade-e-Meio-Ambiente/Espaco-do-Conhecime
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http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/nuclear/nuclear.htm
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https://www.fragmaq.com.br/blog/entenda-como-e-gerada-energia-nuclear/
https://www.portal-energia.com/vantagens-e-desvantagens-da-utilizacao-da-energia-
nuclear/
https://www.todamateria.com.br/energia-nuclear/
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https://www.todamateria.com.br/energia-nuclear/