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Energia nuclear

Dentre as principais formas de produção de energia elétrica no mundo, a energia nuclear é responsável por cerca de 16% desta eletricidade. Entretanto, há alguns países com maior dependência da energia nuclear: enquanto no Brasil, por exemplo, apenas 3% da eletricidade utilizada é produzida pelas usinas nucleares, na França 78% da energia elétrica é gerada por elas (dados de 2008).

Nos Estados Unidos há mais de 100 usinas nucleares, embora alguns estados utilizem mais este tipo de energia do que outros; enquanto no Brasil temos em funcionamento apenas duas: Angra 1 e Angra 2, estando uma terceira (Angra 3) em fase de instalação, todas constituintes da Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto.

A pergunta principal é: como funcionam as usinas nucleares?

Para começar, é importante definir o que é energia nuclear. Trata-se da energia liberada na transformação de núcleos atômicos. Basicamente, o que ocorre é a transformação de um núcleo atômico em vários outros núcleos mais leves, ou ainda, em isótopos do mesmo elemento.

As fissões nucleares, reações que consistem na quebra de um núcleo mais pesado em outros menores e mais leves após a colisão de um nêutron no núcleo inicial, são a base para a produção de energia nas usinas nucleares.

Assim, sendo o urânio um elemento bastante disponível na Terra, é o principal recurso utilizado nas reações nucleares destas usinas. O urânio 238 (U-238), por exemplo, que tem meia-vida de 4,5 bilhões de anos, compõe 99% do urânio do planeta; já o urânio 235 (U-235) compõe apenas 0,7% do urânio remanescente e o urânio 234 (U-234), ainda mais raro, é formado pelo decaimento de U-238.

Apesar de menos abundante, o U-235 possui uma propriedade interessante que o torna útil tanto na produção de energia quanto na produção de bombas nucleares: ele decai naturalmente, como o U-238, por radiação alfa e também sofre fissão espontânea em um pequeno intervalo de tempo. No entanto, o U-235 é um elemento que pode sofrer fissão induzida, o que significa que, se um nêutron livre atravessar seu núcleo, ele será instantamente absorvido, tornando-se instável e dividindo-se.

Consideremos, então, um nêutron que se aproxima de um núcleo de U-235. Ao capturar o nêutron, o núcleo se divide em dois átomos mais leves e arremessa de dois a três nêutrons - este número depende da forma como o urânio se dividiu. Os dois novos átomos formados emitem radiação gama de acordo com o modo que se ajustam em seus novos estados.

A probabilidade de ocorrer fissão induzida em um átomo de U-235 é muito alta: em um reator funcionando corretamente, cada nêutron ejetado provoca uma nova fissão. Além disso, a captura do nêutron e a posterior divisão do núcleo ocorrem muito rapidamente, em intervalos da ordem de 10-12s. Sem contar que um único núcleo, ao dividir-se, libera uma enorme quantidade de energia, tanto na forma de calor quanto na forma de radiação gama. Esta produção de energia é regida pela conhecida equação E=mc2, devido à diferença de massa entre os produtos da fissão e o átomo original.

Para que uma amostra de urânio apresente as propriedades acima, é necessário que ela seja enriquecida, de modo a conter de 2% a 3% a mais de U-235. O enriquecimento de 3% é suficiente para o uso em um reator nuclear que trabalha na produção de energia.

  

Como referenciar: "Energia nuclear" em Só Física. Virtuous Tecnologia da Informação, 2008-2018. Consultado em 20/04/2018 às 21:06. Disponível na Internet em http://www.sofisica.com.br/conteudos/curiosidades/nuclear.php