nº19

Ciências da Natureza e Suas Tecnologias

QuímicaProf. Ricelly

De uma forma simplifi cada, um Reator Nuclear é um equipamento onde se processa uma reação de fi ssão nuclear.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 grande vantagem de uma Central Térmica Nuclear é a enorme quantidade de energia que pode ser gerada, ou seja, a potência gerada, para pouco material usado (o urânio).

Volume de material combustível necessário para gerar a mesma quantidade de energia:

(Urânio-235 = 10 g; Óleo = 700 kg; Carvão = 1.200 kg)

o comBustÍVel NucleaR

O urânio-235, por analogia, é chamado de combustível nuclear porque pode substituir o óleo ou o carvão para gerar calor. Não há diferença entre a energia gerada por uma fonte convencional (hidroelétrica ou térmica) e a energia elétrica gerada por um Reator Nuclear.

REATORES NUCLEARES

Um Reator Nuclear, para gerar energia

elétrica, é construído de forma a ser impossível

explodir como uma bomba

atômica.

“

”

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FB NO ENEM

ReatoR NucleaR e BomBa atômica

A bomba (“atômica”) é feita para ser possível explodir, ou seja, a reação em cadeia deve ser rápida e a quantidade de urânio muito concentrado em urânio-235 (quer dizer, urânio enriquecido acima de 90%) deve ser suficiente para a ocorrência rápida da reação. Além disso, toda a massa de urânio deve ficar junta, caso contrário não ocorrerá a reação em cadeia de forma explosiva. Um Reator Nuclear, para gerar energia elétrica, é construído de forma a ser impossível explodir como uma bomba atômica. Primeiro, porque a concentração de urânio-235 é muito baixa (cerca de 3,2%), não permitindo que a reação em cadeia se processe com rapidez suficiente para se transformar em explosão. Segundo, porque dentro do Reator Nuclear existem materiais absorvedores de nêutrons, que controlam e até acabam com a reação em cadeia, como, por exemplo, na “parada” do Reator.

o ReatoR NucleaR existeNte em aNgRa

Um reator nuclear do tipo do que foi construído (Angra 1) e do que está em fase de construção (Angra 2) é conhecido como PWR (Pressurized Water Reactor = Reator a Água Pressurizada), porque contém água sob alta pressão. O urânio, enriquecido a 3,2% em urânio-235, é colocado, em forma de pastilhas de 1 cm de diâmetro, dentro de tubos (“varetas”) de 4 m de comprimento, feitos de uma liga especial de zircônio denominada “zircalloy”.

acideNte em cheRNoBYl

O acidente nuclear de Chernobyl ocorreu dia 26 de abril de 1986, na Usina Nuclear de Chernobyl (originalmente chamada Vladimir Lenin), na Ucrânia (então parte da União Soviética). É considerado o pior acidente nuclear da história da energia nuclear, produzindo uma nuvem de radioatividade que atingiu a União Soviética, a Europa Oriental, a Escandinávia e o Reino Unido, com a liberação de 400 vezes mais contaminação que a bomba que foi lançada sobre Hiroshima. Grandes áreas da Ucrânia, Bielorrússia e Rússia foram muito contaminadas, resultando na evacuação e reassentamento de aproximadamente 200 mil pessoas.

Cerca de 60% de radioatividade caiu em território bielorrusso.

O acidente fez crescer preocupações sobre a segurança da indústria nuclear soviética, diminuindo sua expansão por muitos anos e forçando o governo soviético a ser menos secreto. Os agora separados países de Rússia, Ucrânia e Bielorrússia têm suportado um contínuo e substancial custo de descontaminação e cuidados de saúde devidos ao acidente de Chernobyl. É difícil dizer com precisão o número de mortes causadas pelos eventos de Chernobyl devido às mortes esperadas por câncer, que ainda não ocorreram e são difíceis de atribuir especificamente ao acidente. Um relatório da Organização das Nações Unidas de 2005 atribuiu 56 mortes até aquela data – 47 trabalhadores acidentados e nove crianças com câncer da tireoide – e estimou que cerca de 4000 pessoas morrerão de doenças relacionadas com o acidente. O Greenpeace, entre outros, contesta as conclusões do estudo.

acideNte No Japão

O acidente em uma central nuclear na cidade de Fukushima, no Japão, após o forte terremoto que atingiu o país, foi classificado como de nível 4 na Escala Internacional de Eventos Nucleares, que vai de 0 a 7. A classificação é a terceira mais alta já concedida, ficando atrás apenas do acidente em Three Mile Island, nos Estados Unidos, em 1979 (nível 5) e de Chernobyl, em 1986 (grau 7). A classificação 4 qualifica acidentes “com consequências de alcance local”, segundo documentos da AIEA (Agência Internacional de Energia Atômica). O termo anomalia é utilizado para o nível 1 e incidente para os níveis 2 e 3. O nível 4 é o pior até o momento no Japão, de acordo com a Agência Japonesa de Segurança Nuclear e Industrial. O reator Daiichi 1, ao norte da capital Tóquio, começou a vazar radiação depois que o terremoto de magnitude 8,9 causou um tsunami, prontamente levantando temores de um derretimento nuclear. O sistema de resfriamento do reator nuclear falhou após os tremores, causando uma explosão que rompeu o telhado da usina. O governo insistiu que os níveis de radiação eram baixos. Segundo a agência de notícias japonesa Jiji, três trabalhadores sofreram exposição radioativa perto da usina de Fukushima. Esta foi a primeira vez que o Japão confrontou uma ameaça significativa de radiação desde o maior pesadelo de sua história, uma catástrofe exponencialmente pior: os ataques com bombas atômicas em Hiroshima e Nagasaki, em 1945, que resultaram em mais de 200 mil mortes. As autoridades afirmam que os níveis de radiação em Fukushima estavam elevados antes da explosão. Em determinado momento, a usina estava liberando a cada hora a quantidade de radiação que uma pessoa normalmente absorve do ambiente em um ano.

Editoria de Arte/Folhapress.

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exeRcÍcios

1. sobre a reação em cadeia, considere que a cada processo de fissão de um núcleo de 235u sejam liberados três nêutrons. Na figura a seguir está esquematizado o processo de fissão, no qual um nêutron N0 fissiona um núcleo de 235u, no estágio zero, liberando três nêutrons N1. estes, por sua vez, fissionarão outros três núcleos de 235u no estágio um, e assim por diante.

235U

Estágio zero

Estágio um

N0

N1

N1

N1

continuando essa reação em cadeia, o número de núcleos de 235u que serão fissionados no estágio 20 é:

A) 3 1

2

20 −

B) 320

C) 33 1

2

20

−

D) 3 1

2

20 +

E) 10(320 + 1)

2. cientistas russos conseguem isolar o elemento 114 superpesado (Folha Online, 31.05.2006).

segundo o texto, foi possível obter o elemento 114 quando um átomo de plutônio-242 colidiu com um átomo de cálcio-48, a 1/10 da velocidade da luz. em cerca de 0,5 segundo, o elemento formado transforma-se no elemento de número atômico 112 que, por ter propriedades semelhantes às do ouro, forma amálgama com mercúrio. o provável processo que ocorre é representado pelas equações nucleares:

94242

2048

114 112286Pu Ca X Y ba+ → → +

com base nessas equações, pode-se dizer que a e b são, respectivamente:

A) 290 e partícula beta.B) 290 e partícula alfa.C) 242 e partícula beta.D) 242 e nêutron.E) 242 e pósitron.

3. o decaimento radioativo do carbono−14 é de primeira ordem e sua meia-vida é de 5 800 anos. enquanto uma planta ou um animal estão vivos, eles apresentam uma proporção constante de carbono−14 (em relação ao carbono−12) em sua composição. Quando o organismo morre, a proporção de carbono−14 decresce como resultado do decaimento radioativo e a idade do organismo pode ser determinada se a proporção de carbono−14 remanescente for medida.

considere que a proporção de carbono−14 em um pedaço de madeira antiga foi determinada como sendo um quarto daquela em árvores vivas.

Qual a idade da madeira?A) 7 300 anos.B) 8 500 anos.C) 9 700 anos.D) 10 200 anos.E) 11 600 anos.

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4. dentre outras aplicações, a radiação nuclear pode ser utilizada para preservação de alimentos, eliminação de insetos, bactérias e outros micro-organismos eventualmente presentes em grãos e para evitar que certas raízes brotem durante o armazenamento. um dos métodos mais empregados utiliza a radiação gama emitida pelo isótopo 60co. esse isótopo é produzido artificialmente pela reação de um isótopo do elemento químico x com um nêutron, gerando somente 60co como produto de reação. o 60co, por sua vez, decai para um elemento Y, com a emissão de uma partícula beta de carga negativa e de radiação gama. os elementos x e Y têm números atômicos, respectivamente, iguaisa:

A) 26 e 28B) 26 e 29C) 27 e 27D) 27 e 28E) 29 e 27

5. o funcionamento da maioria dos reatores nucleares civis baseia-se no isótopo 235 do urânio, 92235U . o urânio natural

apresenta uma distribuição isotópica de aproximadamente 0,72% de 235u e 99,27% de 238u. para sua utilização em reatores, o urânio deve ser enriquecido até atingir um teor de 3 a 4% em 235u. um dos métodos utilizados nesse processo envolve a transformação do minério de urânio em u3o8 sólido (yellow cake), posteriormente convertido emuo2 sólido e, finalmente, em uF6 gasoso, segundo as reações representadas pelas equações:

uo2(s) + 4hF(g) → uF4(s) + 2h2o(g) (reação 1)

uF4(s) + F2(g) → uF6(g) (reação 2)

uo2(s) + 4hF(g) + F2(g) → uF6(g) + 2h2o(g) (reação global)

os compostos de flúor utilizados no processamento do urânio são formados exclusivamente pelo isótopo 19, com massa atômica igual a 18,99840. o uF6 gasoso obtido no processamento do urânio é, portanto, uma mistura de 235uF6 e 238uF6, com massas moleculares de 349,0343 e 352,0412, respectivamente. Numa etapa subsequente do processamento, a mistura gasosa é reduzida a urânio metálico sólido por reação com magnésio. com relação a essas informações e aos processos de separação da mistura dos fluoretos de urânio, são feitas as seguintes afirmações:

i. No processo de obtenção de urânio metálico a partir da reação de uF6 com magnésio, a diferença entre as reatividades químicas de 235uF6 e 238uF6 permite a separação do urânio nas duas formas isotópicas puras;

ii. o 235uF6 pode ser separado do 238uF6 por destilação fracionada do líquido obtido, após resfriamento da mistura gasosa inicial;

iii. a ultracentrifugação da mistura gasosa é um método conveniente para se obter o enriquecimento do produto final em 235uF6.

É correto o que se afirma em:A) I, apenas.B) II, apenas.C) III, apenas.D) II e III, apenas.E) I, II e III.

GABARITO (V. 18)

1 2 3 4 5

C C B C B

Professor Colaborador: Ronaldo Paiva

OSG: 46448/11 - André 24/5/11 – REV.: TSS