COLÉGIO ESTADUAL PROFESSOR RENATO AZEVEDO

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COLÉGIO ESTADUAL PROFESSOR RENATO AZEVEDO
ENERGIA NUCLEAR
CABO FRIO
2017
COLÉGIO ESTADUAL PROFESSOR RENATO AZEVEDO
ENERGIA NUCLEAR
JOÃO PEDRO QUINTANILHA MAGALHÃES
Trabalho apresentado a disciplina de Física da turma 2004 do Colégio Estadual Professor Renato Azevedo como avaliação do 4º bimestre do ano letivo de 2017.
CABO FRIO
2017
1. INTRODUÇÃO
A energia nuclear é aquela liberada através do núcleo dos átomos. Como sabemos, todos os materiais do nosso planeta são constituídos por minúsculas partes conhecidas como moléculas. Estas moléculas, por sua vez, são formadas por átomos. 
Os átomos são formados por núcleo e elétrons, que são orbitais, ou seja, gravitam em torno do núcleo. As partículas que formam o núcleo são unidas por uma força de atração. Quando uma energia externa é aplicada, o núcleo do átomo é desintegrado, liberando calor e radiação. O urânio, em função de suas características químicas, é o elemento utilizado para a geração de energia nuclear nas usinas atômicas.
A radioatividade é um fenômeno natural ou artificial, pelo qual algumas substâncias ou elementos químicos chamados radioativos são capazes de emitir radiações. As radiações emitidas pelas substâncias radioativas são: partículas alfa, partículas beta e raios gama. 
Apesar dos efeitos nocivos à saúde, a radioatividade está presente em muitas áreas. Muitas pessoas fazem a associação da radioatividade com apenas coisas negativas como bombas atômicas ou armas nucleares, mas a energia nuclear é mais do que isso.
A energia nuclear, quando usada para fins pacíficos, possui um vasto campo de contribuição positiva para a humanidade. Além de sua utilização como fonte de energia em geral e também na medicina e na engenharia, entre outros, tem sido bastante empregada na agricultura, especialmente por provocar o aumento da variabilidade genética nas plantas e, portanto, tornar mais efetiva a busca por melhor produtividade, qualidade e adaptabilidade ao meio ambiente.
2. RADIOATIVIDADE NATURAL E ARTIFICIAL
A radioatividade natural foi descoberta por volta de 1896, pelo físico francês Henry Becquerel (1852-1908), ele percebeu que o elemento Urânio emitia radiações ao deixar filmes fotográficos em contato com o elemento radioativo. Os filmes apresentaram manchas e Becquerel concluiu que se tratava dos raios emitidos por sais de Urânio. Como se vê, o Urânio é um elemento natural.
A radiação natural é aquela existente no meio ambiente, na crosta terrestre, no nosso corpo ou proveniente de raios cósmicos. É também chamada de radiação de fundo ou background. 
A radiação que vem dos raios cósmicos são radiações provenientes principalmente do sol, que atingem o planeta. Os raios cósmicos são parcialmente blindados pela atmosfera da terra. Portanto, quanto maior a altitude, maior será a exposição aos raios cósmicos. Por exemplo, viagens aéreas intercontinentais aumentam as exposições aos raios cósmicos.
A radiação que vem do solo vem dos elementos radioativos constituintes da crosta terrestre. Em algumas regiões do planeta existe maior concentração desses elementos, como é o caso, no Brasil, do município de Poços de Caldas, em Minas Gerais e do litoral do estado do Espírito Santo.
Alguns elementos das séries radioativas naturais estão presentes nas águas subterrâneas. Algumas fontes de águas minerais apresentam maiores concentrações destes elementos.
Também encontramos radiação no ar, pois os gases radônio e torônio, presentes nas séries radioativas naturais do urânio e do tório, respectivamente, emanam do solo e de rochas, e são dispersos na atmosfera. Ambientes fechados, com pouca renovação de ar, tais como minas subterrâneas ou locais fechados que utilizam ar condicionado ou calefação, apresentam maiores concentrações destes gases no ar.
A radioatividade artificial é produzida quando se bombardeiam certos núcleos com partículas apropriadas. Se a energia dessas partículas tem um valor adequado, elas penetram no núcleo modificando-o, este, por ser instável, se desintegra posteriormente. A descoberta da radioatividade artificial foi possível graças ao bombardeamento de núcleos de boro e alumínio com partículas alfa, após cessar o ataque com partículas, os núcleos continuaram emitindo radiação.
Essa descoberta foi usada para programar o próprio fim do homem, o estudo das reações nucleares e a busca de novos isótopos radioativos artificiais levaram ao descobrimento da fissão nuclear e ao posterior desenvolvimento da bomba atômica.
As atividades utilizando a tecnologia das radiações e radioisótopos estão voltadas aos setores dos mais diversos seguimentos: indústrias químicas, petroquímicas, de embalagens, farmacêuticas, automobilísticas, alimentícias, agrícola, mecânica pesada, saneamento básico, além das universidades, instituições de pesquisa, clínicas e hospitais.
Atualmente, a maioria dos radioisótopos usados nas mais diversas áreas, como medicina, agricultura, indústrias, etc., é produzida a partir de reações de transmutação artificial. 
3. ENERGIA NUCLEAR POR FISSÃO OU FUSÃO
	Em 1938, o físico alemão Otto Hahn e seus colaboradores realizaram essas experiências de bombardeamento do urânio, e a física austríaca Lise Meitner (1878-1968) explicou esse fenômeno, dizendo que o núcleo do átomo de urânio era instável e ao ser bombardeado com nêutrons moderados ele se rompe praticamente ao meio, originando dois núcleos médios e liberando dois ou três nêutrons, além da liberação de uma grande quantidade de energia. Essa cientista foi a primeira a usar a expressão fissão nuclear para interpretar os resultados das reações de Otto Hahn.
A fissão nuclear é a quebra de núcleos grandes, formando núcleos menores e liberando grande quantidade de energia. Um ponto importante é que os nêutrons que foram emitidos na fissão podem ser utilizados para atingir outros átomos, gerando uma nova emissão de nêutrons, que novamente podem ser usados em outras fissões. Essa sucessão de reações de fissão nuclear que podem ocorrer partindo de um único nêutron é denominada reação em cadeia.
Se a massa de urânio for pequena, a maioria dos nêutrons escapará sem atingir outros núcleos, não ocorrendo reação em cadeia. Assim, dizemos que a massa do urânio é subcrítica. Já se a amostra de urânio for suficientemente grande para que a fissão em cadeia citada acima ocorra então se tem a massa crítica, isto é a quantidade mínima de material fissionável.
Dito de forma simples, uma reação de fusão é exatamente o contrário da reação de fissão, isto é, é a união de dois ou mais núcleos pequenos, leves, que formarão um núcleo maior e mais estável, além de liberar uma grande quantidade de energia.
Apesar de ter sido descoberta somente no século passado, a fusão já existia muito antes da espécie humana surgir, pois esse tipo de reação nuclear é fonte de manutenção da vida das estrelas, incluindo o Sol. Para que essa reação ocorra é necessária uma grande quantidade de energia, que é conseguida no Sol com temperaturas elevadíssimas, na ordem de 100 milhões de graus Celsius.
Essa grande quantidade de energia é necessária para suplantar a repulsão decorrente das cargas positivas dos núcleos; e, dessa forma, conseguir a união dos núcleos. A fusão libera até dez vezes mais energia que uma fissão nuclear.
4. ENERGIA NUCLEAR
Atualmente, a produção de energia nuclear tem se destinado à obtenção de energia elétrica, chamadas de usinas termonucleares. Esse nome se dá em razão do aquecimento dos nêutrons, usados para a fissão do núcleo de átomos como o urânio (235U), que gera um alto grau de agitação, fazendo do nêutron um excelente projétil para quebra do núcleo.
Em termos de fontes energéticas, a energia nuclear consiste na produção de eletricidade a partir do processo de fissão nuclear e, em consequência, da reação de fissão nuclear em cadeia, o que libera uma grande quantidade de calor (energia térmica). Nesse sentido, as usinas nucleares ou usinas termonucleares são consideradas, atualmente, uma entre as principais opções para o desenvolvimento doslugares a partir do fornecimento de estrutura energética.
A construção e uso das usinas termonucleares expandiram-se consideravelmente a partir da década de 1960, atingindo, nos dias atuais, quase 15% de toda a produção mundial de energia. No entanto, os riscos apresentados em relação a acidentes radioativos e a possíveis impactos ambientais dificultam a expansão dessa fonte energética, uma vez que existe muita pressão no mundo inteiro por parte de governos, instituições e grupos socioambientais para conter a sua utilização.
O funcionamento de uma usina nuclear é bastante parecido ao de uma usina térmica. A diferença é que ao invés de nós termos calor gerado pela queima de um combustível fóssil, como o carvão, o óleo ou gás, nas usinas nucleares o calor é gerado pelas transformações que se passam nos átomos de urânio nas cápsulas de combustível. São basicamente quatro etapas de energias distintas:
· Energia Nuclear: ocorre a fissão nuclear de um átomo, geralmente de urânio-235, quando acontece a quebra do núcleo atômico há uma grande liberação de energia.
· Energia Térmica: com a liberação de energia, se esquenta a água que está envolta do núcleo e do reator, formando vapor que seguirá para a turbina.
· Energia Cinética: o vapor depois de passar pela turbina faz mover um gerador.
· Energia Elétrica: o gerador produzirá uma corrente elétrica através da indução magnética que é a movimentação de um imã. A energia elétrica produzida a partir de energia nuclear não é radioativa e é igual à energia produzida em hidroelétricas, podendo ser utilizada para os mesmos fins.
Entre as vantagens das usinas nucleares, podemos citar o seu preço relativamente baixo em comparação a outras fontes, incluindo o petróleo; não emitem poluentes para a atmosfera; possuem um fácil transporte de suas matérias-primas; não ocupam grandes áreas; entre outros fatores. Já entre as desvantagens das usinas nucleares, podemos mencionar o fato de elas utilizarem fontes não renováveis; os riscos de acidentes; a poluição térmica dos rios gerada pelo descarte da água empregada nas usinas; o alto preço em termos de investimentos; além da dificuldade de descarte do lixo radioativo gerado.
5. USO DA ENERGIA NUCLEAR E RADIOATIVIDADE 
Os elementos nucleares utilizados na área da indústria, agricultura e medicina são os radioisótopos, ou seja, isótopos (variantes dos elementos químicos), que emitem três tipos de radiação: partículas alfa e beta, e onda eletromagnética gama. Elas podem até atravessar a matéria ou serem absorvidas por ela, o que possibilita múltiplas aplicações.
Dependendo da energia que possuam, as radiações emitidas podem ser detectadas onde estiverem, através de aparelhos apropriados, denominados detectores de radiação. Dessa forma, o deslocamento de um radioisótopo pode ser acompanhado e seu percurso ou caminho ser traçado em um mapa local, que são os traçadores radioativos. Ser radioativo não significa necessariamente que você tenha uma reação em cadeia (como acontece nos reatores nucleares), são processos que, em princípio, não estão ligados ao núcleo do átomo.
5.1 USO NA MEDICINA
A forma de radiação mais conhecida em diagnósticos médicos é a radiografia dos ossos através do uso de raios X. Além disso, usam-se isótopos para diagnósticos, tratamentos e detecção de drogas e hormônios no organismo.
Na medicina, é comum introduzir no organismo de alguns pacientes radioisótopos artificiais, denominados radiotraçadores. Eles recebem esse nome porque, ao serem transportados pelo corpo da pessoa, emitem radiações que permitem seu monitoramento, sabendo por onde passaram e onde se depositaram. Isso permite que o radiologista faça um mapeamento de órgãos.
Um exemplo de radioisótopo é o iodo-131 que é usado no tratamento de câncer de tireoide, pois, por se acumular nesse órgão, suas radiações gama destroem as células cancerígenas.
Além disso, é possível produzir imagens para os médicos analisarem, pois as radiações beta e gama incidem sobre filmes fotográficos. As imagens também são geradas por radioisótopos emissores de pósitrons e assim é possível detectar se a lesão em questão é benigna ou maligna.
Um tomógrafo usado para esse fim é o PET, sigla que vem do inglês, pósitron emission tomography, isto é, Tomografia por Emissão de Pósitron. O paciente submetido a esse exame recebe uma injeção com radioisótopo emissor de pósitron ligado a uma molécula que tem afinidade com o órgão do paciente que será estudado. Normalmente o radioisótopo utilizado é o flúor-18 com período de meia-vida de apenas 108 min. Ao redor do paciente estarão detectores de radiação que detectarão a emissão de ondas eletromagnéticas dos pósitrons que colidem com os elétrons. Dessa forma, o órgão é mapeado.
As radiações nucleares são utilizadas também em diversas terapias, principalmente no tratamento de câncer. Nesse caso, a irradiação das células cancerosas tem o objetivo de matá-las e impedir sua multiplicação. Uma das formas de aplicação da radiação consiste em se colocar uma fonte externa ao paciente, a uma certa distância do tumor a ser tratado (teleterapia).
Tradicionalmente, utiliza-se uma fonte de cobalto-60 nesse tratamento, mas esse processo vem sendo substituído por aceleradores lineares, que produzem feixes de elétrons que, ao incidir em um alvo, geram fótons, que irão interagir com o tecido. Outra forma de aplicação consiste em se colocar pequenas fontes em contato direto com a área do tecido a ser irradiada (braquiterapia). 
Essas fontes podem ser aplicadas por um determinado período de tempo e depois retiradas – como é feito, por exemplo, em tratamentos de câncer de útero – ou ser implantadas no corpo do paciente, como no tratamento de câncer de próstata.
5.2 USO NA INDÚSTRIA
A indústria é uma das maiores usuárias das técnicas nucleares no Brasil, respondendo por cerca de 30% das licenças para utilização de fontes radioativas. Elas são empregadas principalmente para a melhoria da qualidade dos processos nos mais diversos setores industriais. 
Na indústria de papel, esses medidores são utilizados para garantir que todas as folhas tenham a mesma espessura (padrão de gramatura), para atender às exigências de qualidade do mercado mundial, enquanto, na indústria de bebidas, a radiação é usada para controle de enchimento de vasilhames.
Outro uso importante das radiações nucleares está na aplicação de traçadores radioativos. Nesse método, uma substância com material radioativo é injetada em um meio, e é feito um acompanhamento de seu comportamento nos processos que se deseja observar. Traçadores radioativos também têm sido cada vez mais utilizados para detectar problemas de vazamentos e mau funcionamento em grandes plantas da indústria química, permitindo economia de tempo e de dinheiro.
Na exploração de petróleo, fontes de nêutrons são utilizadas em processos para determinar o perfil do solo, enquanto outras podem auxiliar a distinguir, nesse processo, a quantidade de água, gás e óleo existentes no material extraído, facilitando e barateando o processo de exploração.
Cada vez mais utilizados, os irradiadores industriais são instalações com compartimentos onde o material a ser tratado é exposto à radiação que irá matar bactérias e microrganismos, podendo ser usado como um processo de esterilização. Existem no mundo hoje cerca de 160 irradiadores industriais funcionando, sendo seis no Brasil. Essas instalações são utilizadas para irradiar e esterilizar materiais cirúrgicos, remédios, alimentos, materiais de valor histórico etc.
A exposição à radiação gama não contamina os materiais irradiados nem os transforma em materiais radioativos. Portanto, ao cessar o processo, não existe mais radiação nos materiais. Leva grande vantagem sobre substâncias químicas que são, às vezes, usadas para o mesmo fim e que deixam resíduos tóxicos. Também leva vantagem sobre a esterilização com calor – na qual os materiais são submetidos a altas temperaturas –, uma vez que a técnica permite a irradiação de materiais plásticos, como seringas e fios cirúrgicos, sem afetar suaintegridade.
5.3 USO NOS ALIMENTOS E AGRICULTURA
A irradiação – uso de radiação em determinado local ou alimento – é um revolucionário método de “pasteurização fria”, com a vantagem de proporcionar aos alimentos uma durabilidade muitas vezes maior do que os métodos tradicionais de pasteurização. Além disso, essa tecnologia não altera fisicamente a aparência, forma, ou temperatura dos alimentos, produzindo alterações químicas insignificantes e imperceptíveis ao paladar do consumidor. Outra vantagem é a grande variedade de produtos que podem ser submetidos a esse processo: grãos, farinhas, tubérculos, frutas, pescados, frango e carnes bovina e suína.
Nos alimentos para consumo humano, a radiação gama elimina microrganismos patogênicos. A irradiação de frutas e pescados, além de suprimir infestações indesejadas, eleva a vida útil do produto e aumenta o tempo para seu consumo, ao contrário da desinfecção com calor, que acelera o processo de amadurecimento.
Outra aplicação na agroindústria é o uso da técnica de ‘macho estéril’ para o combate a pragas na lavoura. Nessa técnica, são produzidos machos esterilizados da praga a ser combatida e que depois são soltos na região infestada, diminuindo a população ao afetar sua capacidade de reprodução. 
6. CONCLUSÃO
A energia nuclear pode ser uma importante alternativa em meio às dificuldades atuais no mundo com geração de energia elétrica sem desperdícios de fontes naturais, ela pode também ser uma nova opção para o esgotamento dos combustíveis fósseis como o petróleo. Seu vasto uso na medicina, construção civil e até na agricultura, vem aumentando ainda mais a cada ano. Entretanto se usada para destruição, como na construção de bombas, pode vir a ser uma fonte de grande perigo. 
Através deste trabalho, foi possível enriquecer o conhecimento acerca da energia nuclear, tal como os usos, as potencialidades, o funcionamento do processo de geração de energia nuclear, as vantagens, as desvantagens, sua função na natureza e sua importância atual para toda a sociedade.·.
7. REFERÊNCIAS
ALMEIDA, Frederico Borges de. As Modalidades de Energia. Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/as-modalidades-energia.htm>. 
Energia, A Essência dos Fenômenos. Programa Pró Ciências – FAPESP. Disponível em: http://www.cepa.if.usp.br/energia/energia2000/turmaA/grupo 6/IMPACTOS.HTM 
EMBRAPA. Irradiação. Disponível em: http://www.agencia.cnptia.embrapa.br/gestor/tecnologia_de_alimentos/arvore/CONT000fjlb22hl02wyiv80sq98yq94hs31y.html
FOGAÇA, Jennifer, R. Radioatividade na Agricultura. Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/radioatividade-na-agricultura.htm>. Acesso em 31 de outubro de 2017.
PENA, Rodolfo F. Fontes de Energia. Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/geografia/energia-nuclear.htm>. Acesso em: 31 de outubro de 2017.
SILVA, Domiciano Correa Marques da. Fusão e Fissão Nuclear. Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/fusao-fissao-nuclear.htm>. Acesso em 31 de outubro de 2017.
SOUZA, Líria Alves de. Radioatividade natural e artificial. Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/quimica/radioatividade-natural-artificial.htm>. Acesso em 31 de outubro de 2017.
Outros sites consultados:
Aplicações da radioatividade. Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/aplicacoes-radioatividade.htm
As várias aplicações da energia nuclear. Disponível em: https://www20.opovo.com.br/app/opovo/cienciaesaude/2015/08/01/noticiasjornalcienciaesaude,3477062/as-varias-aplicacoes-da-energia-nuclear.shtml
Irradiação de Pescados: Uma Alternativa Tecnológica . Disponível em: http://www.panoramadaaquicultura.com.br/paginas/Revistas/51/irradiacao.asp
Fontes de Energia. Disponível em: http://brasilescola.uol.com.br/gegrafia/fontes-energia.htm
Fissão Nuclear. Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/fissao-nuclear.htm
Usos na indústria. Disponível em: https://www.biodieselbr.com/energia/nuclear/energia-nuclear-industria.htm