Alguns benefícios da energia solar em alguns aspectos

1. Benefícios Económicos

 • Depois Que o investimento inicial foi recuperado, a energia do sol é praticamente GRATUITA.

• A recuperação / período de recuperação de investimento deste investimento pode ser muito curto dependendo de quanta electricidade a sua casa usa.

Estímulos financeiros são a forma disponível o governo que reduzirá o seu preço.

• Se o seu sistema produzir mais energia do que você usam, a sua companhia de serviço pode comprá-lo de você, acumulando um crédito na sua conta!

• Ele o salvará dinheiro na sua conta de electricidade se você tiver um em absoluto.

• Energia Solar não necessita nenhum combustível.

• Não é afectado pela provisão e a exigência do combustível e por isso não é submetido ao preço alguma-vez que aumenta de gasolina.

• As economias são imediatos e por muitos anos vir.

• O uso da energia solar indirectamente reduz preços de saúde.

2. Benefícios Ambientais

• Energia Solar é limpo, renovável (diferentemente de gás, óleo e carvão) e sustentável, ajudando a proteger o nosso ambiente.

• Ele não polui o nosso ar lançando bióxido de carbono, o óxido de nitrogénio, o bióxido de cor de enxofre ou o mercúrio na atmosfera como muitas formas tradicionais de gerações eléctricas fazem.

• Energia, Por Isso, Solar não contribui para aquecimento global, chuva ácida ou mistura de neblina e fumaça.

• Ele activamente contribui para a redução de emissões de gás de casa verdes perigosas.

• É gerado onde é necessário.

• Por não usando nenhuma Energia de combustível, Solar não contribui para o preço e problemas da recuperação e o transporte do combustível ou o armazenamento de resíduos radioactivos.

3. Benefícios de Autonomia

• Energia Solar pode ser utilizado para compensar o consumo de energia fornecido por utilidade. Ele só não reduz a sua conta de electricidade, mas também continuará fornecendo o seu negócio / de casa com a electricidade no caso de uma perda por vazamento de poder.

• Um sistema de Energia Solar pode funcionar inteiramente independente, não necessitando uma conexão a um poder ou grade de gás em absoluto. Os sistemas, por isso, podem ser instalados em posições remotas (como cabanas de log de férias), fazendo-o mais prático e rentável do que a provisão da electricidade de serviço a um novo sítio.

• O uso da Energia Solar reduz a nossa dependência de fontes estrangeiras e/ou centralizadas da energia, sob o efeito de catástrofes naturais ou eventos internacionais e assim contribuições para o futuro sustentável.

• Energia Solar apoia o emprego local e a criação de prosperidade, fornecendo de combustível economias locais.

4. Benefícios de Manutenção

• Sistemas de Energia Solares são praticamente a manutenção libertam e durarão durante décadas.

• Uma Vez instalado, não há nenhum preço que ocorre.

• Eles funcionam silenciosamente, não têm nenhuma parte de movimento, não lance cheiros ofensivos e não necessite que você acrescente qualquer combustível.

• Mais painéis solares pode ser facilmente acrescentado no futuro quando as necessidades da sua família crescem

objetivos da energia solar

Objetivos gerais: - Ela é renovável, ou seja, nunca acaba.É uma energia limpa, ou seja, não gera poluentes para o meio ambiente.Baixo custo de manutenção dos equipamentos usados. É uma excelente fonte de energia em locais não atendidos por outras fontes de energia. A energia hidrelétrica, mais consumida no Brasil, não chega em locais de dificil acesso ou com grandes dificuldades para instalação de torres e cabos de energia elétrica. O equipamento pode ser instalado em residências, baixando o custo da conta de energia elétrica.

Objetivos secundários:
Energia solar é aquela proveniente do Sol (energia térmica e luminosa). Esta energia é captada por painéis solares, formados por células fotovoltáicas, e transformada em energia elétrica ou mecânica. A energia solar também é utilizada, principalmente em residências, para o aquecimento da água. A energia solar ainda é pouco utilizada no mundo, pois o custo de fabricação e instalação dos painéis solares ainda é muito elevado. Outro problema é a dificuldade de armazenamento da energia solar.

Justificativa:Uma das principais características de nossa sociedade é o aumento cada vez maior da demanda por abastecimento energético. Esta é a condição para a existência de nossa indústria, nossos meios de transporte e até mesmo a agricultura e a vida urbana. Enfim, é a condição para a existência de nossa sociedade como a conhecemos.

            Atualmente há uma preocupação geral em relação ao aquecimento global e os efeitos das mudanças climáticas em todo o mundo. Para prevenir as mudanças climáticas precisamos de uma revolução na política energética e uma evolução na maneira como usamos a energia.

            Temos que reduzir pela metade as emissões de CO₂ (dióxido de carbono) nas próximas décadas e isso pode ser feito mantendo a energia acessível permitindo o crescimento econômico.

            Isso pode ser feito com tecnologia existente, a energia renovável pode providenciar metade da demanda mundial. Com o uso inteligente da energia, podemos dobrar sua eficiência nas próximas décadas.

            A revolução energética transformará o mundo, deixando-o mais limpo e também mais seguro, com menos conflitos por energia.

            O país pode crescer impulsionado por fontes renováveis de energia e eliminar as fontes sujas – petróleo, carvão e nuclear. Para isso é preciso uma estruturação do setor em torno da conservação da energia e políticas públicas de apoio a energias renováveis.

A energia elétrica pode ser gerada através de fontes renováveis de energia (a força das águas e dos ventos, o sol e a biomassa), ou não renováveis (combustíveis fósseis e nucleares). No Brasil, onde é grande o número de rios, a opção hidráulica é mais utilizada e apenas uma pequena parte é gerada a partir de combustíveis fósseis, em usinas termelétricas.

Energia solar

Energia Solar

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Assim como a eólica e a do mar, a energia solar se caracteriza como inesgotável - e é considerada uma alternativa energética muito promissora para enfrentar os desafios da expansão da oferta de energia com menor impacto ambiental.

As aplicações práticas da energia solar podem ser divididas em dois grupos: energia solar fotovoltaica, processo de aproveitamento da energia solar para conversão direta em energia elétrica, utilizando os painéis fotovoltaicos e a energia térmica (coletores planos e concentradores) relacionada basicamente aos sistemas de aquecimento de água.

As vantagens da energia solar, ficam evidentes, quando os custos ambientais de extração, geração, transmissão, distribuição e uso final de fontes fósseis de energia são comparadas à geração por fontes renováveis, como elas são classificadas.

Conforme dados do relatório "Um Banho de Sol para o Brasil" do Instituto Vitae Civilis, o Brasil, por sua localização e extensão territorial, recebe energia solar da ordem de 1013 MWh (mega Watt hora) anuais, o que corresponde a cerca de 50 mil vezes o seu consumo anual de eletricidade. Apesar disso, possui poucos equipamentos de conversão de energia solar em outros tipos de energia, que poderiam estar operando e contribuindo para diminuir a pressão para construção de barragens para hidrelétricas, queima de combustíveis fósseis, desmatamentos para produção de lenha e construção de usinas atômicas.

No Brasil, entre os esforços mais recentes e efetivos de avaliação da disponibilidade de radiação solar, destacam-se os seguintes: a) Atlas Solarimétrico do Brasil, iniciativa da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) e da Companhia Hidroelétrica do São Francisco (CHESF), em parceria com o Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito (CRESESB); b) Atlas de Irradiação Solar no Brasil, elaborado pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e pelo Laboratório de Energia Solar (Labsolar) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Os resultados destes trabalhos mostram que a radiação solar no país varia de 8 a 22 MJ/m2 durante o dia, sendo que as menores variações ocorrem nos meses de maio a julho, quando a radiação varia entre 8 e 18 MJ/m2. Ainda de acordo com o resultado dos estudos, o Nordeste brasileiro é a região de maior radiação solar, com média anual comparável às melhores regiões do mundo, como a cidade de Dongola, no deserto do Sudão, e a região de Dagget, no Deserto de Mojave, Califórnia, EUA.

Energia solar térmica

A energia solar térmica pode ser implantada com sucesso em qualquer latitude. Mesmo regiões que apresentam poucos índices de radiação podem possuir grande potencial de aproveitamento energético.

Conforme o Balanço de Energia Útil publicado pelo Ministério de Minas e Energia (MME) uma parcela significativa de toda a energia gerada no Brasil é consumida na forma de calor de processo e aquecimento direto. Parte desta demanda poderia ser suprida por energia termosolar, inclusive na forma de pré-aquecimento para processos que demandam temperaturas mais altas.

Fica evidente da importância que a energia solar térmica poderia ter no sistema elétrico brasileiro, principalmente quando sabemos que somente com aquecimento doméstico de água para banho, via chuveiro elétrico, são gastos anualmente bilhões de kWh de energia elétrica que poderiam ser supridos com aquecedores solares, com vantagens socioeconômicas e ambientais. Mais grave ainda é o fato de que quase toda essa energia costuma ser consumida em horas específicas do dia, o que gera uma sobrecarga no sistema elétrico.

O grande argumento para a difusão e o desenvolvimento da tecnologia solar térmica é o fato de o aquecimento solar, para aquecimento de água, proporcionar medidas eficazes de conservação de energia, com atenuação e deslocamento do horário de ponta (entre 17h e 21h) das concessionárias de energia.

A energia solar térmica, além de ser uma "geração distribuída" - e por isso não provocar demanda por "upgrade" de linhas de transmissão -, não requer investimentos governamentais, aumenta a "renda média" da população assalariada das classes mais baixas (na medida em que reduz a conta de energia elétrica) e reduz a demanda por investimentos em novas usinas geradoras de eletricidade. Se a comparação a ser considerada é a termoelétrica, o aquecedor solar ainda pode ser considerado uma alternativa para a redução de emissões de gases ácidos ou poluentes e, conseqüentemente, contribuir para redução do efeito estufa.

Um exemplo bastante positivo de utilização de aquecedores solares no setor residencial é o que ocorre na cidade de Belo Horizonte (MG), área de concessão da Companhia Energética de Minas Gerais (Cemig), onde há cerca de 800 prédios com instalação de aquecimento solar central. A iniciativa é atribuída à própria concessionária mineira em parceria com empresas de aquecedores solares e universidades do Estado de Minas Gerais.

A energia solar térmica é obtida por meio de coletores planos ou de concentradores solares. Diferentemente das células fotovoltaicas, a solar térmica é usada para gerar calor, não somente para aquecimento de água no uso doméstico ou em piscinas, mas também para secagem ou aquecimento industrial, enfim, para uma série de aplicações.

              IMPACTOS DE DIVERSAS FONTES DE ENERGIA

 Atualmente, preocupações com as questões ambientais permeiam todas as atividades humanas, refletidas na ampla legislação de proteção do meio ambiente existente no Brasil. O impacto ambiental e os rejeitos radioativos das usinas nucleares são questões de interesse público. Em relatório recente da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), são indicadas as principais ações a serem adotadas para aprimorar o gerenciamento de rejeitos radioativos no país.

As hidrelétricas não emitem resíduos poluidores, mas requerem a construção de grandes represas e, em muitos casos, a realocação de populações ribeirinhas. As áreas ocupadas, normalmente, causam impactos na fauna, flora e clima local e regional. Os reservatórios das hidrelétricas também emitem gás metano que contribui para o aquecimento global, e provocam a destruição de áreas de subsistência, tais como terras aráveis, pastos e florestas. Assim, pode-se considerar como um indicador de impacto ambiental de uma fonte energética é a área que ela requer para produzir a energia.

Pode-se fazer uma comparação entre as áreas imobilizadas que diversas fontes de energia requerem para produzir a mesma quantidade de energia por unidade de tempo (1000 MW de potência). As fontes hidrelétrica, eólica e solar exigem grandes áreas para a produção de energia, 85 a 4200 km², 50 a 150 km² e 20 a 50 km², respectivamente. Usinas termelétricas baseadas em biomassa exigiriam 4000 a 6000 km² de área plantada para gerar a mesma potência. Por outro lado, usinas termelétricas fósseis (carvão, gás ou petróleo) e nucleares produzem energia a partir de fontes mais concentradas e exigem áreas muito menores, de 1 a 4 km², acrescidas das áreas de mineração e beneficiamento dos minérios combustíveis (7 e 10).

Os impactos sócio-ambientais das usinas nucleares são locais. Os rejeitos radioativos produzidos são acondicionados em tambores e depositados no sítio da usina. Os rejeitos radioativos de alta atividade são encaminhados para instalações especiais onde devem ficar estocados por centenas de anos. As preocupações em relação a esses rejeitos são, pois, de ordem temporal.

                                  REJEITOS RADIOATIVOS

 Uma planta nuclear de 1000 MW gera, ao final de um ano, 30 toneladas de combustíveis nucleares irradiados, 350 toneladas de rejeitos radioativos de nível intermediário de radiação e 450 toneladas de rejeitos radioativos de baixo nível de radiação, mas não emite gases perigosos ou outros materiais poluidores. Os rejeitos radioativos de níveis baixo e intermediário têm tratamento e gerenciamento de baixo custo, pequena complexidade e pouca sofisticação tecnológica. Eles são compactados para diminuir o volume e armazenados em recipientes estanques.

Esses números, embora elevados, representam apenas alguns milésimos da produção e liberação de rejeitos no planeta pelos vários setores industriais. A título de comparação, as atividades industriais nos Estados Unidos produzem, aproximadamente, 50 milhões de metros cúbicos de resíduos sólidos por ano. Para produzir 1000 MW de eletricidade, as usinas a carvão, petróleo e gás natural produzem cerca de 500 mil, 280 mil e 200 mil toneladas de resíduos sólidos, líquidos e gasosos por ano.

Os combustíveis nucleares irradiados são armazenados, inicialmente, na própria usina até que o calor residual decaia. Posteriormente, duas alternativas são possíveis: armazenamento final ou reciclagem. Na primeira opção, o combustível é confinado de forma apropriada para ser armazenado em depósitos subterrâneos por centenas de anos. No segundo caso, o combustível é reprocessado para a separação e reaproveitamento do urânio e plutônio presentes. Essa operação produz um rejeito líquido de alta atividade. Para uma usina de 1000 MW com reciclagem de combustível, o volume de rejeitos de alta atividade produzido é de cerca de 10 m³ por ano, o qual pode ser vitrificado para se tornar sólido e ser armazenado por milhares de anos em formações geológicas subterrâneas apropriadas.

Existem depósitos finais licenciados para rejeitos radioativos de baixa e média atividade e, para depósitos de alta atividade, existem várias propostas em estudo em vários países. As razões para a demora em relação aos depósitos de alta atividade são: a) a necessidade de se esperar de 2 a 4 décadas para o resfriamento dos elementos combustíveis irradiados, antes de serem encaminhados para a deposição final; b) a possibilidade de reciclagem dos combustíveis irradiados; c) a existência de diferentes alternativas para a deposição final dos rejeitos radioativos e d) a existência de alternativas de ciclo do combustível, com reatores rápidos e reatores incineradores de rejeitos, que podem promover a redução do tempo necessário de deposição final dos rejeitos de alta atividade para cerca de 500 anos.

Vemos que o nylon, presente no nosso dia-a-dia requer de 30 a 40 anos para voltar ao estado natural e o CO₂ emitido para a atmosfera requer cerca de 50 a 200 anos para ser reabsorvido pelas plantas ou no oceano. Outros materiais, como sacos plásticos, pilhas e baterias e latas de alumínio, requerem de 100 a 500 anos para degradar até o estado natural, enquanto garrafas de vidro requerem um tempo ainda indeterminado. Alguns desses materiais são tóxicos ou causam importantes danos ao meio ambiente, como a emissão de CO₂.

Para os rejeitos apresentados no quadro 3, adotam-se duas alternativas para a disposição dos rejeitos: a dispersão no meio ambiente (altamente difundida) e o confinamento (10). Os rejeitos radioativos estão no grupo dos que são confinados para a disposição final.

                                     ASPECTOS ECONÔMICOS

 O custo de produção de energia, seja qual for a tecnologia envolvida, pode ser dividido em 3 componentes principais: custo de capital, custo de operação e manutenção e custo de combustível.Usinas nucleares e hidrelétricas exigem grandes investimentos em obras de engenharia civil e montagem eletromecânica complexas, resultando em custos de capital elevados. Nas usinas térmicas convencionais, a montagem eletromecânica é predominante por não exigirem obras complexas de engenharia civil.

 Observa-se que as usinas nucleares se caracterizaram pelos baixos custos de combustível comparado com outras usinas a combustíveis fósseis. Tipicamente, esses custos representam em torno de 10 a 15% do custo unitário de geração. Além disso, no Brasil, a existência de extensas reservas de urânio e a capacidade de fabricação de combustível garantem baixos custos e estabilidade de preço.

 Esse fato explica porque, nas usinas nucleares instaladas no mundo, o fator de capacidade supera os 90%, isto é, elas operam na base do consumo, praticamente à potência nominal, durante mais de 90% do tempo, apenas sendo desligadas para as operações periódicas de recarga e manutenção. Os esforços de desenvolvimento dos reatores da Geração III se encontram focados na redução do custo de capital, procurando tornar os reatores nucleares mais econômicos e rápidos de serem instalados, sem descuido dos aspectos de segurança, e, por conseguinte, mais competitivos com as usinas térmicas convencionais. Por exemplo, Matzie (6) afirma que o custo de investimento do reator AP1000 poderá ficar entre 1000 a 1200 US$/kW(e), custo este equivalente às térmicas convencionais.

Aspectos

                        ASPECTOS TÉCNICOS

Após o final da Segunda Guerra Mundial, ocorreu um período de grande criatividade e ebulição no setor nuclear. Os mais diversos tipos de reatores nucleares foram concebidos, projetados e muitos foram, efetivamente, construídos, sendo que alguns operam até nossos dias. Todas as possíveis combinações de material físsil e fértil, de moderadores e de fluidos refrigerantes foram testadas, resultando em reatores que operaram sem maiores impactos ambientais e com segurança. Após algum tempo, a maioria das concepções originais foi abandonada, consolidando aquelas que permanecem até hoje por razões técnicas e econômicas.

A era de geração elétrica através da energia nuclear começou quase simultaneamente na antiga União Soviética, na Inglaterra e nos EUA. A primeira usina nuclear civil a produzir eletricidade foi a usina de Obninsk, de 5 MW(e), na União Soviética, cuja operação ocorreu em 27 de julho de 1954. Tratava-se de um reator com combustível de baixo enriquecimento, moderado a grafite e água, circulando em tubos pressurizados, como refrigerante. A segunda foi a usina de Calder Hall, do tipo GCR (gas cooled reactor) ou Magnox (reator com combustível de urânio natural, revestido por uma liga de magnox, moderado a grafite e refrigerado por CO₂), na Inglaterra, de 50 MW(e), cuja operação teve início em 27 de agosto de 1956, sendo considerada a primeira usina nuclear comercial do mundo. Esta usina foi descomissionada em 31 de março de 2003, após aproximadamente 47 anos de operação. Nos EUA, através do programa "Atoms for Peace", do presidente Eisenhower, a Divisão de Reatores Navais da antiga Comissão de Energia Atômica (AEC) deu início ao desenvolvimento da usina de Shippingport, uma usina do tipo PWR de 68 MW(e), que atingiu a criticalidade em 2 de dezembro de 1957, exatamente 15 anos após a criticalidade do primeiro reator nuclear, construído pela equipe de Enrico Fermi, sob o campo de futebol da Universidade de Chicago. Shippingport foi concebida com dois objetivos principais: demonstrar a produção de eletricidade e servir como um laboratório de desenvolvimento científico e tecnológico. Vinte anos após o início de operação, o núcleo do reator foi substituído e uma camada externa (blanket) de tório e U²³³ foi adicionada, tornando-se do tipo LWBR (reator regenerador – breeder – a água leve pressurizada). Essa usina continua operando até os dias de hoje. O segundo reator de potência americano foi a usina de Dresden, de 180 MW(e), financiada pela iniciativa privada e desenvolvida pela General Electric (GE), cuja operação teve início em 1960 e descomissionamento em 1978. Trata-se de um reator do tipo BWR (reator a água leve fervente).

Essas usinas apresentadas se constituem naquilo que se convencionou chamar de "Geração I" dos reatores nucleares.

EVOLUÇÃO

Os protótipos acima, de baixa potência nominal, serviram de inspiração para as usinas comerciais projetadas a partir de meados da década de 1960 até o início da década de 1980, hoje consideradas como Geração II e que continuam em operação até nossos dias. As usinas da Geração II são, usualmente, de grande porte, isto é, potência nominal acima de 1000 MW(e), dotadas de diversos e redundantes sistemas de segurança e com desempenho operacional excepcional. Entre elas, se encontram os reatores PWR, desenvolvidos pela Westinghouse, Combustion Engineering, Babcock & Wilcox e Framatome, os reatores BWR da General Electric e os reatores da linha Candu (contração de Canadian Deuterium – reatores a água pesada e baixos enriquecimentos de urânio), desenvolvidos pelo Canadá. Os PWRs representam mais da metade dos reatores em operação no mundo.

A partir dos acidentes de Three Mile Islands e Chernobyl, preocupações com as liberações radioativas deram origem ao desenvolvimento de usinas dotadas de sistemas passivos de segurança, que independem da ação do operador, além de simplificações do projeto, objetivando menores custos de capital e tempos mais curtos de construção. Essas considerações resultaram nos reatores da Geração III. A Westinghouse apresentou, inicialmente, a concepção do reator AP600 e, em seguida, o AP1000. Trata-se de reatores derivados do PWR anterior, dotado de inovativos sistemas passivos de segurança e com grandes simplificações de projeto, reduzindo, consideravelmente, o tempo e o custo da construção. Embora sejam reatores certificados pela Comissão Reguladora Nuclear (NRC) dos EUA, até o momento, nenhum reator desse tipo foi construído. Na linha dos PWRs, a empresa Areva NP – resultante da fusão da Framatome (FR) e da divisão nuclear da Siemens alemã – apresentou o EPR (Evolucionary PWR), no qual os sistemas e componentes foram simplificados, com enorme ênfase em segurança. Uma usina dessa natureza se encontra em construção na Finlândia, devendo operar em 2010. Os reatores do tipo BWR, usualmente associados à GE, deram origem aos reatores ABWR (Advanced BWR) e ESBWR (Economic Simplified BWR). São reatores similares, nos quais as usuais bombas de recirculação do refrigerante dos projetos tradicionais foram substituídas por circulação natural. O ESBWR representa uma evolução dos modelos iniciais do ABWR e com potência nominal superior. No momento, existem 4 reatores ABWR, construídos pelo consórcio Toshiba & Hitachi, operando no Japão e outros em planejamento. Ainda, 2 ABWRs encontram-se em construção em Taiwan. Quanto ao ESBWR, embora diversas companhias de eletricidade americanas tenham demonstrado interesse na sua construção, o projeto ainda se encontra em fase de certificação pela NRC.

A partir de 2000, teve início a discussão quanto aos reatores do futuro ou reatores da Geração IV, considerando-se que os próximos reatores devem ser licenciados, construídos e operados, produzindo energia a preços competitivos (4). As novas concepções devem, ainda, considerar o uso ótimo dos recursos naturais, a segurança nuclear, a administração dos rejeitos radioativos, assim como as preocupações públicas quanto ao uso da energia nuclear. Em janeiro de 2000, o Departamento de Energia dos EUA, através do Office of Nuclear Energy, Science and Technology, reuniu um grupo de altos representantes de nove países, entre os quais o Brasil, para discutir a questão dos futuros reatores. Esse grupo deu origem ao Fórum Internacional da Quarta Geração, mediante acordo firmado em julho de 2001, com o objetivo de identificar as concepções de reatores que atendam os requisitos descritos acima, mapear áreas de interesses comuns, estabelecer colaborações e trocas de informações.

Em dezembro de 2002, o DOE publicou um relatório (5) selecionando seis reatores avançados a serem desenvolvidos até 2030. O relatório reconhece que os países participantes possuem interesses diversos, quanto à finalidade do reator, seja para a produção de eletricidade, hidrogênio, administração de actinídeos ou para utilização em pequenas malhas de eletricidade. Dos reatores selecionados, com potência variando entre 150 e 1500 MW(e), três reatores são reatores rápidos (operam com nêutrons de altas energias), dois reatores são térmicos (nêutrons termalizados) e um, intermediário. Todos consideram a utilização de ciclo de combustível fechado, isto é, com o combustível irradiado sendo reprocessado para separação de seus componentes, e todos operam a temperaturas acima das temperaturas dos reatores atuais.

conceito de energia solar

                                              Energia solar

Os constantes problemas ambientais causados pela utilização de energias não renováveis, aliados ao esgotamento dessas fontes, têm despertado o interesse pela utilização de fontes alternativas de energia.

A energia solar é uma boa opção na busca por alternativas menos agressivas ao meio ambiente, pois consiste numa fonte energética renovável e limpa (não emite poluente).

Sua obtenção ocorre de forma direta ou indireta.
A forma direta de obtenção se dá através de células fotovoltaicas, geralmente feitas de silício. A luz solar, ao atingir as células, é diretamente convertida em eletricidade. No entanto, essas células fotovoltaicas apresentam preços elevados. O efeito fotovoltaico ocorre quando fótons (energia que o Sol carrega) incidem sobre os átomos, proporcionando a emissão de elétrons, que gera corrente elétrica.

Para obter energia elétrica a partir do sol de forma indireta, é necessária a construção de usinas em áreas de grande insolação, pois a energia solar atinge a Terra de forma tão difusa que requer captação em grandes áreas. Nesses locais são espalhadas centenas de coletores solares.

Normalmente, a energia solar é utilizada em locais mais isolados, secos e ensolarados. Em Israel, aproximadamente 70% das residências possuem coletores solares, outros países com destaque na utilização da energia solar são os Estados Unidos, Alemanha, Japão e Indonésia. No Brasil, a utilização de energia solar está aumentando de forma significativa, principalmente o coletor solar destinado para aquecimento de água.

Apesar de todos os aspectos positivos da energia solar (abundante, renovável, limpa, etc.), ela é pouco utilizada, pois os custos financeiros para a obtenção de energia são muito elevados, não sendo viável economicamente. Necessita de pesquisas e maior desenvolvimento tecnológico para aumentar sua eficiência e baratear seus custos de instalação.

Por Wagner de Cerqueira e Francisco
Graduado em Geografia

Aspectos:

Energia Nuclear: aspectos econômicos e  tecnológicos

Poucos países dominam os processos de produção de energia nuclear, o que torna o urânio uma fonte de energia não acessível a todos os extratos sócio-econômicos. O manejo deste elemento é composto por complexos processos de enriquecimento e geração de energia elétrica nas usinas, implicando a dependência tecnológica da grande maioria dos países em relação aos países mais desenvolvidos nesta área, como o Canadá, Alemanha e Estados Unidos.

No caso brasileiro, ainda há dependência externa no processo de enriquecimento do urânio, realizado no Canadá. Porém, há a perspectiva de que nos próximos anos esta tecnologia seja totalmente dominada e executada em território nacional. Em 2002 foi assinado um acordo de desenvolvimento no Brasil da tecnologia de ultracentrifugação, a mais eficiente no enriquecimento do urânio beneficiado.

Atualmente, com os efeitos do aquecimento global, há necessidade de se encontrar fontes alternativas de energia que não emitam gases com alta capacidade de absorção de energia proveniente do sol, como o metano, o dióxido de carbono, os óxidos de nitrogênio e de enxofre. Dessa forma, a energia nuclear e a procura pelo urânio podem se tornar uma alternativa bastante interessante a ser considerada no suprimento de energia elétrica para as atividades antropogênicas devido à sua característica de não emissão direta desses gases.

No Brasil, é esperado o aumento dos investimentos na produção de urânio e energia nuclear como alternativa à previsão de déficit energético ainda no início da próxima década. A conclusão da usina nuclear Angra II e o presente início da construção de Angra III mostram a tendência do governo nacional em adotar uma estratégia energética com menor dependência de matrizes suscetíveis ao clima, como o são as hidrelétricas.

Entretanto, a alta tecnologia necessária para o enriquecimento do urânio, que é parte de grande importância no processo, o alto custo de operação das usinas nucleares e a periculosidade que envolve o tratamento dos dejetos radioativos desse elemento acabam por encarecer muito o valor do material e, por conseqüência, a energia proporcionada pelo mesmo (cerca de R$45/MWh). Grande parte da resistência à adoção desta matriz energética está no fato não ser renovável e produzir lixo sem possibilidade de reutilização, opondo a tendência mundial de adotar a sustentabilidade como política desenvolvimentista.

O urânio possui alta concentração de energia e consegue ser muito mais eficiente na produção de energia elétrica ou térmica do que outros recursos como a água, o carvão e as células foto-voltáicas. Uma baixa quantidade de urânio é capaz de suprir enormes demandas energéticas. Angra I, por exemplo, conseguiria suprir um milhão de pessoas; e Angra II, dois milhões.

Objetivos

                              Objetivos

Objetivos Gerais:

A partir dessas informações esse trabalho tem como objetivo geral,descrever sobre a história da energia nuclear, apresentar os princípios de funcionamento do sistema de geração de energia, as localizações das principais usinas termo elétricas nucleares brasileiras, e a produção da energia nuclear no Brasil.

Objetivos Específicos:

O trabalho tem como objetivo específico, as conversões de energia que ocorre no processo de produção de energia, os impactos ambientais, e as vantagens e desvantagens do uso da energia nuclear em relação as demais fontes geradoras de energia.A energia nuclear é obtida a partir da energia atômica, que é liberada durante a fissão ou fusão de núcleos atômicos. A fissão nuclear ocorre quando, o núcleo atômico se subdivide em dois, desenvolvendo assim uma “reação em cadeia”,e a fusão quando dois nucleos de unem dando origem a um maior.

JUSTIFICATIVA

A energia nuclear é um assunto que ainda inspira duvidas, e esse trabalho vem para contribuir com informações para estudos sobre a geração de energia nuclear, e sua importância para a distribuição de energia elétrica atualmente, dos seus benefícios e malefícios ao ambiente, dos serviços prestados, sua segurança, avaliação de desempenho. Além de uma melhor compreensão pra estudos de uma das fontes de geração de energia no Brasil.

Tópicos da energia

         PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DO SINTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA NUCLEAR.

Apesar da complexidade de uma usina nuclear, seu princípio de funcionamento é similar ao de uma termelétrica convencional, onde o calor gerado pela queima de um combustível produz vapor, que aciona uma turbina, acoplada a um gerador de corrente elétrica. Um Reator Nuclear para gerar energia elétrica é, na verdade, uma Central Térmica, onde a fonte de calor é o urânio-235, em vez de óleo combustível ou de carvão. É, portanto, uma Central Térmica Nuclear.

.A fissão dos átomos de urânio dentro das varetas do elemento combustível aquece a água que passa pelo reator a uma temperatura de 320°C. Para evitar a ebulição – o que ocorreria normalmente aos 100°C, esta água é mantida sob uma pressão 157 vezes maior que a pressão atmosférica (1atm).

O gerador de vapor realiza uma troca de calor entre a água deste primeiro circuito e a do circuito secundário, que são independentes entre si. Com essa troca de calor, a água do circuito secundário se transforma em vapor e movimenta a turbina, a uma velocidade de 1.800 RPM (Rotações por minuto) que, por sua vez, aciona o gerador elétrico e produz corrente elétrica.

Esse vapor, depois de mover a turbina, passa por um condensador, onde é refrigerado pela água do mar, trazida por um terceiro circuito independente. A existência desses três circuitos impede o contato da água que passa pelo reator com as demais. 

CONVERSÕES DE ENERGIA

Energia elétrica a partir da energia nuclear

Para se obter energia elétrica a partir da energia nuclear é preciso que aconteça a fissão nuclear, que consiste na separação de núcleos atômicos. Podemos aumentar a carga de energia ao dividir o núcleo, dando assim o nome desse processo de fissão nuclear. Após todos os processos de conversão de energia que se inicia na fissão e conclui nos geradores, é possível se obter a energia elétrica.

Energia Cinética

 Fissão Nuclear

Fissão Nuclear pode ser denominada como quebra ou separação de um núcleo atômico. A energia é gerada quando esse núcleo se divide, a divisão pode ocorrer de forma espontânea, mas isso ocorre raramente.

A energia liberada juntamente com os nêutrons no processo de fissão se choca com novos núcleos e forma novas divisões e mais nêutrons, dando assim o nome de reação em cadeia.

Esse processo é usado de forma positiva gerando eletricidade em usinas nucleares.

Em reações em cadeia pode-se controlar a quantidade de energia liberada e ainda a quantidade de nêutrons produzidos pelo choque.

 Energia potencial

Urânio 235 e Urânio 238

Energia potencial é toda energia acumulada em algum corpo como, por exemplo, no urânio. O urânio 235 é um elemento químico que possui 92 prótons e 143 nêutrons no núcleo, sua massa é de 235. Existem também na natureza átomos de massa no valor de 238. É também urânio porque tem o número atômico no valor de 90. Ele tem a possibilidade de sofrer fissão por elementos de elevada energia cinética, já o urânio 235 pode sofrer fissão pelos de baixa energia cinética. O urânio 235 e 238 são também aqueles que ajudam a controlar as reações em cadeia das fissões provocadas nos reatores de energia, é claro também que tecnologia de ponta contribui para que não ocorra uma grande explosão.

Isótopos do urânio

O urânio natural, encontrado na forma de minério, é composto por três isótopos distintos: 0,71% de urânio 235 (235 U), 0,0054% de urânio 234 (234 U) e 99,28% de urânio 238 (238 U). Devido à radioatividade, a quantidade de urânio em uma amostra diminui gradativamente ao longo do tempo (OLIVEIRA, Marcus F. Instituto de Bioquímica Médica, UFRJ).

Enriquecer o urânio é extrair átomos ou isótopos de urânio-238 da amostra, de forma que aumente a porcentagem do urânio-235. Esse processo é realizado nas usinas de enriquecimento, por meio de ultracentrífugas.

 Urânio 235 - Combustível nuclear

Dos isótopos do urânio existentes, apenas o urânio-235 é utilizado como combustível nos reatores de usinas nucleares, pelo fato de ser o único capaz de sofrer fissão nuclear.

Pode-se chamar de combustível nuclear o urânio-235, porque pode substituir o óleo ou o carvão para obter calor.

 Conversões de Energia

A grande quantidade de energia produzida na quebra do urânio será usada para aquecer um caldeirão que irá gerar vapor. Este vapor deve passar por um sistema de turbinas que serão responsáveis em fazer com que o gerador funcione e que por sua vez vai produzir energia elétrica através da indução magnética.

• A fissão nuclear aquece a caldeira (Ecinética nuclear - > Etérmica);
• O vapor é produzido por uma caldeira (Etérmica);
• Jato de vapor move turbina (Etérmica - > Emecânica);
• Turbina move gerador (Emecânica - > Eelétrica);
• A energia elétrica é produzida por um gerador (Eelétrica).

No reator a ocorre a transformação de energia nuclear em energia térmica, através da reação nuclear em cadeia, em seguida na turbina ocorre à transformação de energia térmica em energia mecânica, através da ação do vapor d'água aquecida. No gerador ocorre a transformação da energia mecânica em energia elétrica.

IMPACTOS CAUSADOS PELAS USINAS NUCLEARES

As usinas nucleares são usinas térmicas que aproveitam a energia do urânio, do plutônio entre outros. Embora sejam muito seguras atualmente, apresentam o risco de acidentes que causem vazamento de radiação para o meio ambiente, e a destinação incorreta dos resíduos radioativos, nas quais podem apresentar conseqüências gravíssimas.

O principal impacto ambiental das usinas nucleares é a geração de lixo atômico, que é extremamente perigoso, e que não há forma de descontaminação.

Os efeitos da radioatividade também pode se manifestar nos seres vivos.

Impactos Ambientais

Os problemas ambientais estão relacionados com os acidentes que ocorrem nas usinas e com o destino do chamado lixo atômico.

Os resíduos que ficam no reator, local onde ocorre a queima do urânio para a fissão do átomo, por conter elevada quantidade de radiação, devem ser armazenados em recipientes metálicos protegidos por caixas de concreto, que posteriormente são lançados ao mar, mas se de alguma maneira vier a se romper e vazar pode causar sérios danos ao ambiente marinho.

Com a crescente demanda na construção de usinas termoelétricas nucleares, cresce também a quantidade se lixo atômico, e o que o diferencia dos demais lixos produzidos atualmente é sua radioatividade, e sua capacidade de permanecer ativo no ambiente por muitos anos, dessa forma exigindo monitoria constante, assim impossibilitando o uso do terreno em que o lixo foi depositado. O vazamento desses materiais pode causar a morte de animais, plantas e seres humanos.

 Impactos nos seres vivos

Os efeitos da radioatividade nos seres vivos se manifestam de duas maneiras:

1º - Nível somático, cujo nível máximo é a morte;

2º - Nível genético, responsável pelo aumento de mutações cromossômicas, podendo originar aberrações genéticas nas gerações posteriores.

Os efeitos dependem da quantidade assimilada e dos órgãos onde está acumulado. Tal como variam os efeitos dos vários tipos de radiação, também variam a sua capacidade de penetração nos tecidos.

Os nêutrons e os raios gama são os que podem alcançar o interior do nosso corpo e são justamente esses dois tipos de radiações que se libertam em explosões nucleares ou em caso de acidente nos reatores.

Quando uma radiação penetra num tecido biológico, altera as características químicas das moléculas destes tecidos, ou matam a célula, ou originam divisões não controláveis.

No primeiro caso quando há contaminação, o organismo elimina e substitui as células mortas, mas no segundo caso, geralmente formam-se tumores malignos.

Acidentes em usinas nucleares

 Chernobyl

No dia 26 de abril de 1986, um experimento mal conduzido, aliado a problemas estruturais da usina e outros fatores, causou a explosão do quarto reator de Chernobyl, Ucrânia. Cerca de 31 pessoas morreram na explosão e durante o combate ao incêndio, outras centenas faleceram depois, por causa da exposição aguda à radioatividade, num grau 400 vezes maior que o da bomba de Hiroshima.

 Usina Nuclear (EUA)

A usina nuclear de Three Mile Island, na Pensilvânia, corria o risco de derretimento, o mais grave tipo de acidente nuclear. A ameaça provinha de uma bolha de vapor existente dentro do reator.

No dia 28 de março 1979, próximo a Harrisburg, na Pensilvânia, aconteceu o pior acidente nuclear dos Estados Unidos com o reator da unidade 2 da Usina Nuclear de Three Mile Island, meses após o começo de sua operação comercial, no dia 30 de outubro de 1978. O acidente foi causado por falha de equipamento e erro operacional ao avaliarem as condições do reator. A falha de equipamento causou uma perda gradual de água de resfriamento no núcleo do reator.

Segundo os técnicos são pequeno o risco de contaminação, devido à nuvem de partículas radioativas que escaparam do reator para a atmosfera.

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DA ENERGIA NUCLEAR

 Vantagens

As termoelétricas nucleares não emitem poluentes que contribua para o efeito estufa,o combustível utilizado é barato e em pequena quantidade (em comparação com outras fontes de energia), além de ser independente de condições ambientais e climáticas (não depende do sol, como a energia solar, ou da vazão dos rios, no caso das hidroelétricas), a poluição gerada (diretamente) é quase inexistente. Não ocupa grandes áreas.

 Desvantagens

A construção de uma usina nuclear é cara, em razão das tecnologias e segurança empregadas, e a demorada. Não há tecnologia eficiente para tratar lixo radioativo nuclear, e existe sempre o risco de o reator vazar ou explodir, liberando radioatividade na atmosfera e nas terras próximas que atualmente é depositado em desertos, fundo de oceanos.      

                Energia Nuclear

Alguns tópicos:

Utilização

Servem na utilização de bombas nucleares, pode substituir fontes de energia e também substituir alguns combustíveis.

A utilização da energia nuclear vem crescendo a cada dia. A energia nuclear é uma das alternativas menos poluentes, permite adquirir muita energia em um espaço pequeno e instalações de usinas perto dos centros consumidores, reduzindo o custo de distribuição de energia.

A energia nuclear torna-se mais uma opção para atender com eficácia à demanda energética no mundo moderno.

A fissão nuclear do urânio é a principal aplicação civil da energia nuclear. É usada em centenas de centrais nucleares em todo o mundo, principalmente em países como a França, Japão, Estados Unidos, Alemanha, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coréia do Norte, Paquistão Índia, entre outros.

Países e Locais que a utilizam

Países europeus são os que mais utilizam energia nuclear. Levando-se em consideração a produção total de energia elétrica no mundo, a participação da energia nuclear saltou de 0,1% para 17% em 30 anos, fazendo-a aproximar-se da porcentagem produzida pelas hidrelétricas. De acordo com a Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA) no final de 1998 havia 434 usinas nucleares em 32 países e 36 unidades sendo construídas em 15 países. A decisão de construir usinas depende em grande parte dos custos de produção da energia nuclear.

A fissão nuclear é a principal aplicação civil da energia nuclear. É usada em centenas de centrais nucleares em todo o mundo, principalmente em países como a França, Japão, Estados Unidos, Alemanha, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coréia do Norte, Paquistão Índia, entre outros.

Como funciona uma usina nuclear

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. O calor gerado no núcleo do reator aquece a água do circuito primário. Esta água circula pelos tubos de um equipamento chamado Gerador de Vapor. A água de um outro circuito em contato com os tubos do Gerador de Vapor se vaporiza a alta pressão, fazendo gerar um conjunto de turbinas que tem junto a seu gerador elétrico. O movimento do gerador elétrico produz a energia, entregue ao sistema para distribuição.

Elementos mais usados como fonte de energia

- Tório: As novas gerações de centrais nucleares utilizam o tório como fonte de combustível adicional para a produção de energia ou decompõe os resíduos nucleares em um novo ciclo denominado fissão assistida. Os defensores da utilização da energia nuclear como fonte energética consideram que estes processos são, atualmente, as únicas alternativas viáveis para suprir a crescente demanda mundial por energia ante a futura escassez dos combustíveis fósseis. 

- Urânio: A principal finalidade comercial do urânio é a geração de energia elétrica. Quando transformado em metal, o urânio torna-se mais pesado que o chumbo, pouco menos duro que o aço e se incendeia com muita facilidade.

- Actínio: O Actínio é um metal prateado, altamente radioativo, com radioatividade 150 vezes maior do que o urânio. Usado em geradores termoelétricos.

Consequências da Energia Nuclear

A tecnologia nuclear é perigosa, já causou acidentes graves como o de Three Mile Island (EUA) e Chernobil (Ucrânia), com milhares de mortes e enfermidades decorrentes desses acidentes, além da perda de grandes áreas. A utilização desse tipo de tecnologia continua apresentando graves riscos para toda a humanidade. Reatores nucleares e instalações complementares geram grandes quantidades de lixo nuclear que precisam ficar sob vigilância por milhares de anos. Não se conhecem técnicas seguras de armazenamento do lixo nuclear gerado.

O horror nuclear em Hiroshima e Nagasaki marcou a primeira e única vez em que armas atômicas foram usadas deliberadamente contra seres humanos. Mais de 100 mil pessoas morreram nos ataques de 6 a 9 de Agosto de 1945 e outros milhares morreriam nos anos seguintes sofrendo de complicações causadas pela radiação.

Desastres Nucleares

- Chernobyl: No dia 26 de abril de 1986, um experimento mal conduzido, aliado a problemas estruturais da usina e outros fatores, causou a explosão do quarto reator de Chernobyl. Cerca de 31 pessoas morreram na explosão e durante o combate ao incêndio. Outras centenas faleceram depois, por causa da exposição aguda à radioatividade, num grau 400 vezes maior que o da bomba de Hiroshima.

- Bomba Nuclear: Uma bomba atômica é uma arma explosiva cuja energia deriva de uma reação nuclear e tem um poder destrutivo imenso  uma única bomba é capaz de destruir uma cidade inteira. Bombas atômicas só foram usadas duas vezes em guerra, pelos Estados Unidos contra o Japão nas cidades de Hiroshima e Nagasaki, durante a Segunda Guerra Mundial. No entanto, elas já foram usadas centenas de vezes em testes nucleares por vários países.

- Usina Nuclear (E.UA): A usina nuclear de Three Mile Island, na Pensilvânia, corre o risco de derretimento, o mais grave tipo de acidente nuclear. A ameaça provém de uma bolha de vapor existente dentro do reator, que pode aumentar de tamanho à medida que as pressões internas forem relaxadas, deixando o núcleo sem a água vital para seu resfriamento. Nuvens de partículas radioativas já escaparam do reator para a atmosfera, mas os técnicos em radioatividade afirmam que o risco de contaminação ainda é pequeno.A procura da tecnologia nuclear no Brasil começou na década 

Energia nuclear no Brasil

de 50, com Almirante Álvaro Alberto, que entre outros feitos criou o Conselho Nacional de Pesquisa, em 1951, e que importou duas ultra-centrifugadoras da Alemanha para o enriquecimento do urânio, em 1953.

A decisão da implementação de uma usina nuclear no Brasil aconteceu em 1969. E que em nenhum momento se pensou numa fonte para substituir a energia hidráulica, da mesma maneira que também após alguns anos, ficou bem claro que os objetivos não eram simplesmente o domínio de uma nova tecnologia. O Brasil estava vivendo dentro de um regime de governo militar e o acesso ao conhecimento tecnológico no campo nuclear permitiria desenvolver não só submarinos nucleares mas também armas atômicas.

Em 1974,, as obras civis da Usina Nuclear de Angra 1 estavam em pleno andamento quando o Governo Federal decidiu ampliar o projeto, autorizando a empresa Furnas a construir a segunda usina.

Mais tarde, em 1975, com a justificativa de que o Brasil já mostrava falta de energia elétrica para meados dos anos 90 e início do século 21, uma vez que o potencial hidroelétrico já se apresentava quase que totalmente instalado, foi assinado na cidade alemã de Bonn o Acordo de Cooperação Nuclear, pelo qual o Brasil compraria oito usinas nucleares e possuiria toda a tecnologia necessária ao seu desenvolvimento nesse setor.

Desta maneira o Brasil dava um passo definitivo para o ingresso no clube de potências atômicas e estava assim decidido o futuro energético do Brasil, dando início à Era Nuclear Brasileira.

                                    Como funciona a energia nuclear

As usinas nucleares fornecem cerca de 16% da eletricidade do mundo (dados de agosto de 2008). Alguns países dependem mais da energia nuclear para obter eletricidade que outros. Na França, por exemplo, cerca de 75% da eletricidade é gerada a partir da energia nuclear, de acordo com a Agência Internacional de Energia Atômica (em inglês). Nos Estados Unidos, a energia nuclear fornece 23% da eletricidade total, mas alguns Estados obtêm mais energia de usinas nucleares que outros. No Brasil, menos de 3% da energia gerada tem origem das usinas nucleares de Angra dos Reis. Há mais de 400 usinas de energia nuclear ao redor do mundo, sendo mais de 100 nos EUA.(Fonte: WNA, em inglês)

A edificação de contenção, em formato de domo, da Usina Nuclear de Shearon Harris, perto de Raleigh, Carolina do Norte

Você já imaginou como uma usina de energia nuclear funciona ou o quão segura ela é? Neste artigo vamos analisar como um reator nuclear e uma usina de energia funcionam e vamos explicar a fissão nuclear, mostrando um reator nuclear por dentro.

Urânio

O urânio é um elemento bastante comum na Terra, incorporado ao planeta durante sua formação. O urânio é formado originalmente nas estrelas. Estrelas antigas explodiram, e a poeira dessas estrelas despedaçadas se agregou para formar nosso planeta. O urânio-238 (U-238) tem uma meia-vida extremamente longa (4,5 bilhões de anos), e portanto ainda está presente em quantidades bem grandes. O U-238 compõe 99% do urânio no planeta. O U-235 compõe cerca de 0,7% do urânio remanescente encontrado naturalmente; o U-234, ainda mais raro, é formado pelo decaimento do U-238. O urânio-238 passa por muitos estágios, ou decaimento alfa e beta, para formar um isótopo (em inglês) estável de chumbo, e o U-234 é um elo nessa corrente.

O urânio-235 tem uma propriedade interessante que o torna útil tanto para produção de energia nuclear quanto para a produção de uma bomba nuclear. O U-235 decai naturalmente, assim como o U-238, por radiação alfa, e também sofre fissão espontânea por um pequeno percentual do tempo. Contudo, o U-235 é um dos poucos materiais que podem sofrer fissão induzida. Se um nêutron livre atravessar um núcleo de U-235, o núcleo absorverá o nêutron sem hesitação, se tornará instável e se dividirá imediatamente. 

           Como funciona a radiação nuclear 

A animação abaixo mostra um núcleo de urânio-235 com um nêutron se aproximando a partir do topo. Assim que o núcleo captura o nêutron, ele se divide em 2 átomos mais leves e arremessa 2 ou 3 nêutrons novos (o número de nêutrons ejetados depende de como o átomo de U-235 se divide). Os 2 novos átomos então emitem radiação gama conforme se ajustam em seus novos estados. Há 3 coisas sobre esse processo de fissão induzida que o tornam especialmente interessante:

 

• a probabilidade de um átomo de U-235 capturar um nêutron de passagem é muito alta. Em um reator funcionando adequadamente (conhecido como estado crítico), um nêutron ejetado de cada fissão ocasiona outra fissão;
• a processo de captura do nêutron e divisão acontece muito rapidamente, na casa dos de picossegundos (1x10^-12 segundos);
• uma inacreditável quantidade de energia é liberada, na forma de calor e radiação gama, quando um único átomo se divide. Os dois átomos que resultam da fissão posteriormente liberam radiação beta e radiação gama de si mesmos. A energia liberada por uma única fissão resulta do fato de que os produtos da fissão e os nêutrons, juntos, pesam menos que o átomo original de U-235. A diferença no peso é convertida diretamente em energia na taxa regulada pela equação E = mc².
  Algo na ordem de 200MeV (milhões de elétron-volts) é liberado pelo decaimento de um átomo de U-235 (se você quiser converter isso em algo útil, considere que 1 eV é igual a 1,602 x 10^-12 ergs;1 x 10⁷ ergs equivalem a 1 joule; 1 joule é igual a 1 watt-segundo, e 1 BTU é igual a 1.055 joules). Isso pode não parecer muito, mas há muitos átomos de urânio em meio quilo de urânio. Tantos, na verdade, que meio quilo de urânio altamente enriquecido como o usado para fornecer energia a um submarino nuclear ou porta-aviões nuclear equivale a aproximadamente 3,8 milhões de litros de gasolina. Considerando que meio quilo de urânio ocupa menos espaço que uma bola de beisebol, e que 3,4 milhões de litros de gasolina encheriam um cubo de 15 m de cada lado (15 m é a altura de um edifício de 5 andares), você pode ter uma idéia da quantidade de energia disponível em um pequeno volume de U-235.

Para que essas propriedades do U-235 funcionem, uma amostra de urânio deve ser enriquecida de modo que contenha de 2% a 3% ou mais de urânio-235. O enriquecimento de 3% é suficiente para o uso em um reator nuclear civil usado para geração de energia. O urânio destinado a armas é composto de 90% ou mais de U-235.

Dentro de uma usina de energia nuclear
Para construir um reator nuclear você precisa de um punhado de urânio levemente enriquecido. Normalmente, o urânio é formado em péletes (que tem a forma de uma pílula) com aproximadamente o mesmo diâmetro de uma moeda de 10 centavos e mais ou menos 2,5 cm de espessura. Os péletes são dispostos em hastes longas agrupadas em feixes. Os feixes são normalmente submersos em água dentro de um recipiente de pressão. A água atua como refrigerante. Para que o reator funcione, o feixe, submerso em água, deve ser levemente supercrítico. Isso significa que se deixado sozinho o urânio eventualmente superaqueceria e derreteria.

Para evitar isso, as hastes de controle feitas de material que absorve nêutrons são inseridas no feixe usando um mecanismo que pode elevar ou abaixar as hastes de controle. Elevar ou abaixar as hastes de controle permite que os operadores controlem o índice de reação nuclear. Quando um operador quer que o núcleo de urânio produza mais calor, as hastes são elevadas para fora do feixe de urânio. Para criar menos calor, as hastes são abaixadas dentro do feixe de urânio. As hastes podem ser abaixadas completamente no interior do feixe de urânio para desligar o reator no caso de um acidente ou para trocar o combustível.

 

O feixe de urânio atua como uma fonte de calor de altíssima energia. Ele aquece a água, que se transforma em vapor, acionando uma turbina a vapor, a qual faz girar um gerador para produzir energia. Em alguns reatores, o vapor do reator atravessa um trocador de calor secundário e intermediário para converter a água de outro circuito em vapor, que aciona a turbina. A vantagem desse desenho é que a água/vapor radioativo nunca entra em contato com a turbina. Também, em alguns reatores, o fluido de resfriamento em contato com o núcleo do reator é um gás (dióxido de carbono) ou metal líquido (sódio, potássio); esses tipos de reatores permitem que o núcleo seja operado a temperaturas mais altas.

Massa crítica: a usina nuclear em funcionamento

Depois do reator há pouca diferença entre uma usina de energia nuclear e uma usina de energia a carvão ou óleo, exceto pela fonte do calor usada para criar o vapor.

Este gerador na usina Shearon Harris produz 870 megawatts, eletricidade usada em residências e empresas

Tubos transportam vapor para abastecer o gerador na usina de energia

O recipiente de pressão do reator é normalmente alojado dentro de um revestimento de concreto que atua como um escudo contra radiação. Esse revestimento é alojado dentro de um recipiente de contenção de aço muito maior. Esse recipiente contém o núcleo do reator, bem como o maquinário (guindastes, etc.) que permite que os trabalhadores na usina reabasteçam e mantenham o reator. O recipiente de contenção de aço tem o objetivo de evitar o vazamento de gases ou fluidos radioativos da usina.

Finalmente, o recipiente de contenção é protegido por um edifício de concreto externo que é forte o suficiente para sobreviver a coisas como a queda de aeronaves. Essas estruturas de contenção secundárias são necessárias para evitar a saída de radiação/vapor radioativo no caso de um acidente como o da Three Mile Island (em inglês). A ausência de estruturas de contenção secundárias em usinas de energia nuclear russas permitiu que material radioativo escapasse no acidente em Chernobyl (em inglês).

O vapor sobe da torre de refrigeração na usina Harris

Trabalhadores na sala de controle na usina de energia nuclear podem ficar de olho no reator nuclear e tomar alguma iniciativa se algo sair errado

O urânio-235 não é o único combustível possível para uma usina de energia. Outro material fissionável é o plutônio-239, que pode ser criado facilmente bombardeando-se o U-238 com nêutrons - algo que acontece o tempo todo em um reator nuclear.

Subcriticalidade, criticalidade e supercriticalidade
Quando um átomo de U-235 se divide, desprende 2 ou 3 nêutrons (dependendo do modo como o átomo se divide). Se não houver outros átomos de U-235 na área, então esses nêutrons livres voam para o espaço como raios de nêutrons. Se o átomo U-235 é parte de uma massa de urânio - então há outros átomos de U-235 próximos - então acontece uma destas 3 coisas:

• se, na média, exatamente um dos nêutrons livres de cada fissão atingir outro núcleo de U-235 e fizer com que se divida, então a massa de urânio é considerada crítica. A massa existirá em uma temperatura estável. Um reator nuclear deve ser mantido em estado crítico;
• se, em média, menos de um dos nêutrons livres atingir outro átomo de U-235, então a massa é subcrítica. Eventualmente, a fissão induzida terminará na massa;
• se, em média, mais de um dos nêutrons livres atingir outro átomo de U-235, então a massa é supercrítica. Ele se aquecerá.

Para uma bomba nuclear, o projetista da bomba quer que a massa de urânio seja muito supercrítica, de modo que todos os átomos de U-235 na massa se dividam em um microssegundo. Em um reator nuclear, o núcleo do reator precisa ser levemente supercrítico, de modo que os operadores da usina possam elevar e abaixar a temperatura do reator. As hastes de controle dão aos operadores um modo de absorver nêutrons livres de forma que o reator possa ser mantido em um nível crítico.

A quantidade de urânio-235 na massa (o nível de enriquecimento) e o formato da massa controlam a criticalidade da amostra. Você pode imaginar que se a forma da massa for uma folha muito fina, a maioria dos nêutrons livres voará para o espaço em vez de atingir outros átomos de U-235. Umaesfera é o formato ótimo. A quantidade de urânio-235 que se deve juntar em uma esfera para obter uma reação crítica é de cerca de 900 gramas. A quantidade portanto é mencionada como massa crítica. Para o plutônio-239, a massa crítica é de cerca de 283 gramas.

O que pode sair errado
Usinas de energia nuclear bem construídas têm uma importante vantagem no que se refere à geração de energia elétrica - são extremamente limpas. Comparadas com uma usina de energia a carvão, as usinas de energia nuclear são um sonho que se torna realidade de um ponto de vista ambiental. Uma usina de energia a carvão na verdade libera mais radioatividade na atmosfera que uma usina de energia nuclear funcionando adequadamente. As usinas a carvão também liberam toneladas de carbono, enxofre e outros elementos para a atmosfera (consulte esta página para mais detalhes).

Infelizmente, há problemas significativos com usinas de energia nuclear:

• extrair e purificar urânio não tem sido, historicamente, um processo muito limpo;
• usinas de energia nuclear funcionando inadequadamente podem criar grandes problemas. O desastre de Chernobyl (em inglês) é um bom exemplo. Chernobyl foi inadequadamente projetada e impropriamente operada, mas mostra dramaticamente o cenário do pior caso. Chernobyl espalhou toneladas de poeira radioativa na atmosfera;
• o combustível gasto nas usinas de energia nuclear é tóxico por séculos e, ainda, não há instalação de armazenamento permanente e segura para ele;
• o transporte de combustível nuclear para e das usinas apresenta algum risco, embora até hoje, o registro de segurança nos Estados Unidos tenha sido bom.

Esses problemas suprimiram grandemente a criação de novas usinas de energia nuclear nos Estados Unidos. A sociedade parece ter decidido que os riscos sobrepujam as recompensas.