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1 INTRODUÇÃO A inquietação da sociedade frente ao futuro da energia nuclear é evidente, mesmo que parte da população se manifeste de forma favorável a ela, poucos são os que querem assumir o risco de tê-la perto de si. A energia nuclear pode ser utilizada na produção de energia elétrica em usinas termonucleares, na medicina em tratamentos de câncer, por exemplo, em alguns casos na engenharia, utilizada para realizar radiografias a fim de verificar a integridade de componentes estruturais. A gama de aplicações é grande da energia nuclear, e os riscos relacionados a ela também são. Este presente trabalho buscará mostrar, de forma simples e clara, os princípios básicos do funcionamento de uma central nuclear com um reator nuclear de água a pressão (PWR), e os riscos inerentes do processo, abrangendo fatores de riscos técnicos e fatores externos, como possíveis ataques terroristas e atos de guerra a uma usina nuclear. Foi utilizada metodologia qualitativa, através de revisão bibliográfica. 4

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Estudo sobre energia nuclear.

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1 INTRODUÇÃO

A inquietação da sociedade frente ao futuro da energia nuclear é evidente, mesmo que

parte da população se manifeste de forma favorável a ela, poucos são os que querem assumir

o risco de tê-la perto de si.

A energia nuclear pode ser utilizada na produção de energia elétrica em usinas

termonucleares, na medicina em tratamentos de câncer, por exemplo, em alguns casos na

engenharia, utilizada para realizar radiografias a fim de verificar a integridade de

componentes estruturais. A gama de aplicações é grande da energia nuclear, e os riscos

relacionados a ela também são.

Este presente trabalho buscará mostrar, de forma simples e clara, os princípios básicos

do funcionamento de uma central nuclear com um reator nuclear de água a pressão (PWR), e

os riscos inerentes do processo, abrangendo fatores de riscos técnicos e fatores externos, como

possíveis ataques terroristas e atos de guerra a uma usina nuclear.

Foi utilizada metodologia qualitativa, através de revisão bibliográfica.

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2 PRINCÍPIOS BÁSICOS DA ENERGIA NUCLEAR.

Os prótons têm a tendência de se repelirem, por terem a mesma carga (positiva). Como

eles estão juntos no núcleo, comprova-se a existência de uma energia capaz de manter essa

estrutura. A energia responsável por manter prótons e nêutros juntos é denominada Energia

Nuclear (CARDOSO, 2005).

A energia nuclear é aproveitada realizando-se a “divisão” do núcleo de um átomo

pesado, isto é, com muitos prótons e nêutros, em núcleos menores, através de um impacto de

um nêutron, a energia que mantinha juntos esses núcleos, antes constituindo um só núcleo

maior, é liberada, na maior parte, em forma de energia térmica (Id, 2005).

2.1 Combustível Nuclear.

A maioria dos reatores nucleares utiliza urânio enriquecido com isótopo físsil urânio-

235(U-235), ou seja, em uma proporção superior do que encontrada em estado natural

(PRASS, 2007).

Cardoso (2005) afirma que a quantidade de U-235 na natureza é mínima, onde para

cada 1000 átomos de urânio, 7 são de U-235 e 993 são de urânio-238 (U-238), os demais

isótopos de urânio existem em quantidades desprezíveis. Após a extração do urânio na

natureza ele deve ser tratado industrialmente, com objetivo de elevar a concentração de U-235

para U-238, de 0,7% para 3,2%, tal processo é chamado de enriquecimento de Urânio.

Existem diversos processos de enriquecimento de urânio, entre eles do da difusão

gasosa e da ultracentrifugação, em escala industrial, o do jato centrífugo, e um processo a

lazer, ainda em fase de pesquisa (CARDOSO, 2005).

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2.2 Fissão Nuclear.

A divisão do núcleo de um átomo pesado como, por exemplo, o U-235 e U-238

normalmente utilizado nas usinas nucleares, acontecem quando o mesmo é atingido por um

nêutron, tal fenômeno é denominado fissão nuclear. (CARDOSO, 2005)

2.2.1 Reação em Cadeia.

Em uma reação de fissão nuclear resulta além dos núcleos menores, dois a três

nêutros, como conseqüência da absorção do nêutron que causou a fissão. Torna-se, então,

possível que esses nêutros atinjam outros núcleos sucessivamente, liberando muito calor. Tal

processo é denominado reação de fissão nuclear em cadeia ou, simplesmente, reação em

cadeia (CARDOSO, 2005), como mostra a figura abaixo.

Figura 01 - Esquema reação em cadeia.

Fonte: (www.cnen.gov.br)

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2.2.2 Controle da reação em cadeia.

Cardoso (2005) afirma que a forma de controlar a reação em cadeia consiste na

eliminação do agente causador da fissão: o nêutron. Não havendo nêutrons disponíveis, não

pode haver reação de fissão em cadeia.

Alguns elementos como boro, na forma de ácido bórico ou de metal, e o cádmio, em

barras metálicas, têm a propriedade de absorver nêutrons, porque seus núcleos podem conter

ainda um número superior de nêutros ao existente em seu estado natural, resultando na

formação de isótopos de boro e de cádmio (Id, 2005).

3 REATOR NUCLEAR DE FISSÃO.

Cardoso (2005) propõe de uma forma simplificada, que um Reator Nuclear de Fissão é

um equipamento onde se processa uma reação de fissão nuclear, utiliza-se o urânio natural, na

maior parte dos casos, uma mistura de U-235 e U-238.

3.1 Modelos de reatores nucleares de fissão.

Existem diversos modelos de reatores nucleares atualmente utilizados, dentre eles

temos:

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LWR - Light Water Reactors: Utilizam como refrigerante e moderador a água leve

(água comum) e, como combustível, o urânio enriquecido. Os mais utilizados são os BWR

(Boiling Water Reactor ou reator de água em ebulição) e os PWR (Pressure Water Reactor ou

reatores de água a pressão), estes últimos considerados atualmente como padrão.

CANDU - Canada Deuterium Uranium: Utilizam como moderador água pesada (cuja

molécula é composta por dois átomos de deutério e um átomo de oxigênio) e, como

refrigerante, água comum (água leve). Como combustível, usam urânio comum.

FBR - Fast Breeder Reactors: Utilizam nêutrons rápidos no lugar de térmicos para o

processo da fissão. Como combustível utilizam plutônio e, como refrigerante, sódio líquido.

Este reator não necessita de moderador.

HTGR - High Temperature Gás-cooled Reactor: Usa uma mistura de tório e urânio

como combustível. Como refrigerante, utiliza o hélio e, como moderador, grafite. Existiam 34

em funcionamento em 2001.

RBMK - Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny: Sua principal função é a produção

de plutônio, e como subproduto gera eletricidade. Utiliza grafite como moderador, água como

refrigerante e urânio enriquecido como combustível. Pode recarregar-se durante o

funcionamento. Apresenta um coeficiente de reatividade positivo.

ADS - Accelerator Driven System: Utiliza uma massa subcrítica de tório. A fissão é

produzida pela introdução de nêutrons no reator de partículas através de um acelerador de

partículas. Ainda se encontra em fase de experimentação, e uma de suas funções fundamentais

será a eliminação de resíduos nucleares produzidos em outros reatores de fissão.

O foco deste trabalho consiste em descrever o reator do tipo LWR, mais precisamente

o PWR, atualmente utilizados e em funcionamento nas usinas nucleares do Complexo Angra

dos Reis, nas usinas de AngraI e Angra II.

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3.2 Reator Nuclear modelo PWR.

O reator nuclear PWR utiliza como combustível o urânio, enriquecido a cerca de 3,2%

em U-235, em formas de pastilhas de 1cm de diâmetro, dentro de tubos ( “varetas”) de 4m de

comprimento, feitos de um liga especial de zircônio, denominada “zircaloy” (CARDOSO,

2005).

Os elementos que constituem o reator nuclear modelo PWR são:

Varetas de combustível - Recipientes onde o urânio e colocado, montado em forma de

feixes, numa estrutura denominada elemento combustível, como mostra a figura abaixo.

Figura 02 - Ilustração do elemento combustível.

Fonte: (www.cnen.gov.br)

Na estrutura do elemento combustível existem tubos guias, por onde podem passas as

barras de controle, um material capaz de absorver nêutros, com o objetivo de controlar a

reação de fissão nuclear em cadeia.

Vaso de Pressão - Os elementos são colocados dentro de um grande vaso de pressão,

montado sobre uma estrutura reforçada.

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3.2.1 Esquema de uma usina nuclear com reator modelo PWR.

Somente o reator é incapaz de converter a energia térmica proveniente da fissão em

energia elétrica, assim outros sistemas são utilizados para formar uma Central Térmica

Nuclear, como mostra a figura abaixo.

Figura 03 - Esquema gráfico de uma usina térmica nuclear com reator modelo PWR.

Fonte: (www.cnen.gov.br)

4 RISCOS INERENTES A USINA NUCLEAR.

Existem diversos fatores, desde erros de projetos a estado emocional de um operador

de um reator nuclear que podem ocasionar um acidente nuclear catastrófico, de um lado

técnicos especialistas, conhecedores e defensores da energia nuclear relutam em afirmar que

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tais riscos não existem, ou ainda no máximo, assumem que este risco é calculado e

estatisticamente pequeno e controlável (LAYRARGUES, 2001).

Os mesmos tentam divulgar, através da informação e conscientização da sociedade, as

vantagens e a segurança da tecnologia nuclear, mesmo com o histórico de acidentes relativos

a está tecnologia (Id, 2001). Sendo o mais recentemente acontecido em Fukushima no Japão,

devido a um terremoto de 8,9 graus na escala Richter e posteriormente o tsunami na

madrugada do dia 11 de março de 2011.

4.1. Ataques terroristas.

Usinas nucleares podem ser alvos fáceis para terroristas, à aproximação de tais

instalações é relativamente fácil, tal fragilidade comprovada com o recente acontecimento, 02

de maio de 2012, onde um ultraleve do Greenpeace pousou em uma usina nuclear francesa, numa

tentativa de chamar a atenção para supostas falhas de segurança nessas instalações.

Hirsch e colaboradores relatam em um relatório preparado ao Greenpeace

Internacional as possíveis ameaças de ataques terroristas e atos de guerra a uma usina nuclear,

citados a seguir:

Em razão da sua importância para o sistema de fornecimento de eletricidade, das severas conseqüências da liberação de radioatividade e do seu caráter simbólico, as usinas de energia nuclear são "atrativas" para ataques tanto terroristas como militares. Um ataque a uma usina de energia nuclear pode levar à liberação de radioatividade equivalente a várias vezes o que foi liberado em Chernobyl. A realocação da população pode ser necessária para grandes áreas (de até 100.000 km2). O número de mortes por câncer poderia ultrapassar um milhão. Usinas de energia nuclear poderiam ser alvos em caso de guerra, havendo suspeita de que existe uso militar dessa energia. O espectro de modos possíveis de ataques é muito diverso. Ataques poderiam ser levados a cabo por ar, terra ou água. Diferentes meios ou armas podem ser usadas. Medidas de proteção contra atentados são muito limitadas. Além disso, uma série de medidas concebíveis não pode ser implementada em uma sociedade democrática. (Hirsch, Becker; Schneider; Froggatt 2005, p. 5).

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4.1.1 Colisão de um avião com a contenção de um reator nuclear.

O problema clássico da colisão de projéteis ganhou importância na engenharia nuclear

em meados de 1980, tendo em vista a preocupação de proteger os reatores nucleares contra

quedas de aviões. Caso o material presente em um reator nuclear em funcionamento seja

liberado para o ambiente, as conseqüências podem ser catastróficas, chegando, na pior

hipótese, a 3 mil mortos e 45 mil casos de câncer em 3 semanas, outros 45 mil casos de câncer

e 240 mil nódulos na tiróide em 30 anos, 30 mil defeitos genéticos em 150 anos(ROSA,1980).

Em um estudo feito por Luiz Pinguelli Rosa sobre colisão de um avião com a

contenção do reator nuclear, ele compara resultados já publicados da força de choque de um

avião, considerando diversos casos, com valores obtidos em seus cálculos, com o intuito de

discutir a resistência de prédios de contenção de reatores a choques de aviões.

As tabelas 1 e 2 mostramos resultados obtidos no estudo.

Tabela 01-Comparação da força no choque do avião em diferentes casos.

Avião e VelocidadeResultados Publicados

(10³ KN)

Resultados de Luiz Pinguelli

(10³ KN)Phanton a 800 Km/h 110 117*

Boeing 707 a 400 km/h90

50

80 **

40*

Boeing 747 a 400 km/h-

-

131**

57*

Fonte: (Adaptado ROSA, 1980)

Nota: * Considera o avião de um modo mais realístico, como um corpo macio sofrendo um choque perfeitamente inelástico.

** Conta separadamente o efeito da turbina, decompondo o avião em um corpo macio e inelástico com as turbinas mais duras e semi-elásticas.

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Tabela 02 - Espessura do concreto da contenção de reatores em diversas especificações.

Espessura (m) Especificação

1,80Projetos de Reatores alemães especificados para resistirem a um Phanton a 800 km/h (110x10³ KN).

1,20Padronização de reatores, segundo os estudos realizados na Suíça, para resistirem a um Boeing 707 a 400 km/h (90x10³ KN).

1,40-2,00Estudos realizados na Inglaterra partindo da mesma carga usada por Riera (caso acima).

1,40 Espessura média da contenção do reator de Caorso na Itália.

0,6Espessura de contenção de muitos reatores, inclusive os brasileiros.

Fonte: (Adaptado ROSA, 1980).

Em um relatório da comissão oficial dos Estados Unidos da América (EUA), formada

para investigar os atentados de 11 de setembro menciona que Khaled Sheik Mohamed,

acusado de ser um dos mentores do ataque terrorista, revela em um plano inicial de seqüestrar

10 aviões, e dentre os alvos incluiria as usinas nucleares nos estados da Califórnia e

Washington (KEAN et al, 2009 apud LEVADA et al; p.4).

Assim, não obstante toda a segurança que os cerca, a maioria das usinas nucleares não

tem como resistir ao choque de um avião de grande porte. Um eventual episódio desse tipo

teria conseqüências catastróficas e difíceis de serem controladas. Um ataque bem-sucedido

pode ter um impacto 40 vezes pior que a explosão de Chernobyl (HIRSCH et al 2005).

4.2 Envelhecimento de uma usina nuclear.

De acordo com Hirschet al (2005) extensão da vida útil dos reatores é hoje umas das

principais questões para a indústria nuclear. Durante as últimas décadas houve uma tendência

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geral contra a construção de novos reatores, como conseqüência, sua idade média cresceu ano

a ano, e hoje está em 21 anos.

Dos diversos agravantes possíveis do uso prolongado de usinas nucleares a fadiga

térmica tem potencial de ser dos mais perigosos, devido ocorrer geralmente a nível

microscópico da estrutura interna dos materiais, sendo assim de difícil detecção (Id, 2005). As

mudanças periódicas de temperatura ou múltiplas mudanças cíclicas produzem alterações nas

propriedades físicas dos materiais, possibilitando o surgimento de trincas em componentes

estruturais, sendo em 1960, em Los Alamos, o primeiro relato de dano por fadiga térmica nas

indústrias nucleares (ZUCHOWSKI, 2000; FISSOLO et al.,2002 apud ARAÚJO JÚNIOR,

2005).

De todo o sistema nuclear o mais notável é a fragilização do vaso de pressão do reator,

uma eventual falha no mesmo constitui um acidente onde nenhum sistema de segurança seja

capaz de evitar uma conseqüente liberação catastrófica de material radioativo no meio

ambiente (HIRSCH et al 2005).

4.3 Rejeitos Radioativos.

Rejeito radioativo e qualquer material resultante de atividades humanas relacionadas à

radionuclídeos (matérias radioativos) em quantidades superiores aos limites estabelecidos por

normas da CNEN, de acordo com os parâmetros internacionais, e para a qual a reutilização é

imprópria ou não prevista (CNEM, 2006).

O rejeito radioativo de usinas nucleares, conhecido também como lixo radioativo, é

produzido em todos os estágios do ciclo do combustível nuclear, desde a mineração até o

reprocessamento de combustível nuclear irradiado. Grande parte deste lixo permanecerá

radioativo por milhares de anos, deixando uma herança mortal para as gerações futuras

(PRASS, 2007).

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Prass (2007) afirma que durante o funcionamento de um reator nuclear são criados

isótopos radioativos extremamente perigosos, como o césio, estrôncio, iodo, criptônimo e

plutônio. O plutônio particularmente quando separado do combustível irradiado por meio de

tratamento químico, pode ser utilizado para fins bélicos, o que torna o ainda mais perigoso.

4.3.1 Tipos de rejeitos radioativos.

De acordo com Prass (2007) os rejeitos radioativos são classificados da seguinte

forma:

Resíduo de alto nível (HLW)

Rejeito de nível intermediário (ILW);

Rejeito de baixo nível (LLW).

O HLW consiste principalmente de combustível irradiados proveniente dos núcleos

dos reatores e de rejeitos líquidos de alta atividade produzidos durante o reprocessamento.

Dentro desta categoria existe a subcategoria SNF, formada por isótopos que não podem ser

reciclados (Id, 2007).

Método de descarte: os líquidos são estocados em tanques de aço inoxidável, envoltos

em concretos, num local apropriado. Podem também ser solidificados em vidros e

armazenados em containeres de aço dentro de construções de concreto ou em armazéns

subterrâneos (Id, 2007).

O ILW consiste principalmente de latas metálicas de combustível que originalmente

continham urâniocombustível para usinas nucleares, peças de metal do reator e rejeitos

químicos. Tem de ser blindado para proteger os operários de radiações durante o transporte

(Id, 2007).

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Método de descarte: envolver em concreto e armazenar em locais especiais,

geralmente em usinas atômicas. Pesquisadores estão procurando métodos de descarte em

armazéns subterrâneos, ou nas partes mais profundas do mar (Id, 2007).

O LLW pode ser definido como o rejeito que não requer blindagem durante o manuseio

normal e o transporte. Consiste principalmente de itens como roupas de proteção e

equipamentos de laboratório que possam ter entrado em contato com o material radioativo (Id,

2007).

Métodos de descarte: enterrar em fossos; jogar no mar, dentro de tambores de aço

(isso não é mais permitido em alguns países); certos lixos líquidos são lançados no mar e o

gasoso é descarregado na atmosfera (Id, 2007).

4.3.2 Destino final

O combustível altamente radioativo retirado dos reatores é armazenado em piscinas de

resfriamento no interior da própria usina, mas chegará o momento que as usinas estarão

saturadas e necessitará de um destino final para o lixo. Contudo, embora diversos métodos de

destinação final tenham sido discutidos durante décadas, incluindo mandar para o espaço, ou

até mesmo colocar em foguetes e dispará-los para sol, ainda não há uma solução definitiva

para o lixo radioativo (PRASS, 2007).

As soluções atualmente mais utilizadas envolvem o enterro do lixo radioativo no

subsolo numa embalagem especial com proteção forte o bastante para impedir que

radioatividade escape (Id, 2007).

O invólucro para disposição final do lixo radioativo tem que resistir milhares de anos

soterrados, exposto as intempéries e possíveis terremotos, sem permitir vazamento algum de

material radioativo, Prass (2007) afirma que não bastam perfurações de testes ou

levantamentos geológicos para o manejo do lixo radioativo, os testes adequados demandariam

dezenas de milhares de anos.

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Os principais riscos de se enterrar lixo radioativo é a contaminação do ar e da água.

Do ar, pois teoricamente são possíveis liberações explosivas ou lentas de gases em um

sítio de destinação final. Já a contaminação da água é o mecanismo de contaminação mais

provável, elementos radioativos podem vazar do invólucro e entrar em contato com o lençol

freático, contaminado á água de comunidades locais ou distantes (PRASS, 2007).

Não há forma confiável de estimar o risco da disposição final de rejeitos radioativos,

há incógnitas demais relativas aos atuais métodos de disposição e às interações químicas

possíveis em um ambiente real (Id, 2007).

5 CONCLUSÃO

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Após o estudo aprofundado do tema abordado, sobre o processo de produção de

energia e os riscos inerentes de uma usina nuclear, verificamos que tal forma de se obter

energia elétrica, apesar de não liberar gases do efeito estufa, tem grande potencial de poluição

em caso de um acidente nuclear, ou mesmo em atos de guerra ou terrorismo, onde um

possível episódio de uma colisão de um avião de grande porte com um reator nuclear tem

potencial de deixar exposto o seu núcleo, liberando toneladas de material radioativo

extremamente nocivo aos seres vivos.

Nota-se que na história a vários episódios de acidentes que foram catastróficos,

causando danos irreversíveis a gerações atuais e futuras, pelo fato de que a radioatividade

liberada permanece por longo período de tempo no ambiente.

Ainda há muito a pesquisar sobre o tema, principalmente uma política de

acondicionamento definitivo para os rejeitos radioativos, que seja satisfatória para

humanidade. Atualmente os rejeitos estão sendo depositados no subsolo, fundo mar, interiores

de montanhas, ou ainda acumulando nos depósitos temporários de usinas nucleares, e não há

estudos que comprovem que esse método não seja nocivo as gerações futuras.

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REFERÊNCIAS

ARAÚJO JÚNIOR, Pedro. Influência de solicitações térmicas na resistência à fadiga do aço AISI 304L. Disponível em: <http://www.mea.pucminas.br/dissert/053-completo.pdf>. Acesso em 13 de maio de 2012.

CARDOSO, Eliezer. Apostila Educativa Energia Nuclear. Rio de Janeiro: CNEN, 2005. Disponível em:<http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/energia.pdf>. Acesso em: 27 de abril de 2012.

GOLDEMBERG, José.Chernobyl, 20 anos. Arquivo de artigos etc. Disponível em: <http://www.arquivoetc.blogspot.com.br/2006/05/chernobyl-20-anos-jos-goldemberg.html>. Acesso em: 02 de maio de 2012.

LEVADA, Celso et al. A segurança dos reatores nucleares é adequada? Disponível em: <http://www.conhecer.org.br/enciclop/2011a/multidisciplinar/a%20seguranca.pdf>. Acesso em 13 de maio de 2012.

LAYRARGUES, Philipe. RAZÃO E EMOÇÃO EM TORNO DA ENERGIA NUCLEAR. Ciência Hoje, 30(175):64-67.2001. Disponível em :<http://material.nerea-investiga.org/publicacoes/user_35/FICH_ES_33.pdf>. Acesso em: 01 de maio de 2012.

HIRSCH, Helmult et al. PERIGOS DOS REATORES NUCLEARES: Riscos na operação da energia nuclear no século XXI.Relatório preparado para o Greenpeace Internacional (abril 2005). Disponível em: <www.scielo.br/pdf/ea/v21n59/a19v2159.pdf>. Acesso em: 02 de maio de 2012.

PRASS, Alberto. A energia nuclear hoje: uma análise exploratória. Disponível em:<http://www.fisica.net/monografias/A_Energia_Nuclear_Hoje.pdf>. Acesso em 29 de abril de 2012.

ROSA, Luiz. Estudo da colisão de um avião com a contenção do reator nuclear- Determinação da força impusiva(1º parte), Revista Brasileira de Ensino de Física v. 2,nº2 1980. Disponível em: <http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/vol02a10.pdf>. Acesso em 28 de abril de 2012.

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ROSA, Luiz. Estudo da colisão de um avião com a contenção do reator nuclear- Determinação da força impusiva(2º parte),Revista Brasileira de Ensino de Física v. 2,nº1 1980.Disponível em:<http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/vol02a01.pdf>. Acesso em 28 de abril de 2012.

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