Energia nuclear

Energia nuclear é a energia resultante das reações que acontecem no núcleo dos átomos, como a fissão e a fusão nuclear. Ela apresenta diversas aplicações, sendo uma das principais a geração de energia elétrica.

A geração de eletricidade conta com fontes como o urânio, que, embora presente na natureza em quantidade abundante, é finito. A conversão de energia para a geração de eletricidade se dá no interior das usinas termonucleares, processo esse que não produz gases poluentes da atmosfera, mas apresenta riscos de acidentes e pode ser tóxico ao meio ambiente devido ao descarte irregular do lixo radioativo.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre energia nuclear
• 2 - O que é energia nuclear?
• 3 - Como funciona a energia nuclear?
• 4 - Tipos de energia nuclear
• 5 - Vantagens da energia nuclear
• 6 - Desvantagens da energia nuclear
  • → Perigos da energia nuclear
• 7 - Energia nuclear no mundo
• 8 - Energia nuclear no Brasil
• 9 - Usinas nucleares
• 10 - História da energia nuclear
• 11 - Exercícios resolvidos sobre energia nuclear

Resumo sobre energia nuclear

• A energia nuclear é produzida por meio de reações que acontecem no núcleo do átomo de forma espontânea ou induzida. É chamada também de energia atômica.

• A fissão nuclear controlada é a principal forma de gerar energia nuclear. Esse processo origina uma grande quantidade de calor que, no interior das usinas nucleares, é convertido em eletricidade.

• O principal combustível utilizado na geração de energia nuclear é o urânio.

• Entre as vantagens da energia nuclear estão a abundância de urânio na natureza, os baixos custos de operação e a alta eficácia das usinas nucleares.

• Não há emissão de gases poluentes da atmosfera na geração de energia nas usinas nucleares.

• Há desvantagens no uso da energia nuclear, como o fato de utilizar fontes não renováveis como combustível e o alto custo de instalação das usinas.

• Outra desvantagem diz respeito ao risco de acidentes e de contaminação do solo, das águas e do ar, causando prejuízos à fauna e flora e podendo causar sérios problemas à saúde humana.

• A energia nuclear responde por menos de 5% da matriz energética mundial e 3% da brasileira.

• Os Estados Unidos são o maior produtor mundial de energia nuclear.

• No Brasil, a geração de energia nuclear se concentra em Angra dos Reis (RJ). Há planos de expansão do número de usinas no país até 2050.

• A fissão nuclear, principal reação usada na geração de eletricidade nuclear, foi descoberta na década de 1930.

• O primeiro reator nuclear foi construído em 1942, nos Estados Unidos.

• A primeira usina nuclear a entrar em operação no mundo foi construída na Rússia e iniciou suas atividades em 1954.

O que é energia nuclear?

A energia nuclear, chamada também de energia atômica, é um tipo de energia produzida por meio de reações que acontecem no núcleo dos átomos de elementos pesados e alteram a sua estrutura. O elemento pesado usado mais comumente é o urânio. Esse processo libera uma enorme quantidade de energia, a qual apresenta diversas aplicações, sendo uma delas a geração de eletricidade.

É importante notar que a fonte utilizada para a geração de energia nuclear, embora disponível na natureza, dá-se de forma limitada. Assim, podemos classificar a energia nuclear como uma forma de energia não renovável.

Como funciona a energia nuclear?

A energia nuclear apresenta diversas finalidades e aplicações, sendo a principal delas a geração de eletricidade. Para isso, é preciso que haja a reação no núcleo do átomo, que pode acontecer de maneira espontânea ou ser induzida, conforme explica a Eletronuclear, empresa governamental que administra as centrais nucleares no Brasil.

A geração de energia elétrica usando os núcleos atômicos se dá no interior das usinas termonucleares, que, como o nome indica, transforma o calor resultante da reação em eletricidade.

A principal forma de obter o calor necessário é por meio da quebra do núcleo dos átomos de urânio, processo chamado de fissão nuclear. A fissão para tal finalidade se dá de forma controlada devido à instabilidade do núcleo e acontece no interior dos reatores nucleares, principal dispositivo das usinas. O urânio-235 é o principal elemento utilizado como combustível para a geração de energia nuclear.

Tipos de energia nuclear

A energia nuclear pode ser resultante de dois processos distintos:

• Fissão nuclear: acontece quando núcleos de átomos instáveis se desintegram, dando origem a novos núcleos. Nesse processo acontece a produção de uma grande quantidade de energia, havendo ainda a liberação de nêutrons. Em elementos como o urânio, a fissão pode acontecer indefinidamente, por isso há a necessidade de controlá-la no interior dos reatores. A fissão nuclear é a reação mais utilizada para a geração de eletricidade.

• Fusão nuclear: diferentemente do processo de fissão, a fusão nuclear é caracterizada pela junção de um ou mais núcleos atômicos pequenos e estáveis. Trata-se do processo que acontece nas estrelas. No caso do Sol, por exemplo, acontece a fusão de hidrogênio, que resulta na formação de hélio. Esse processo libera muito mais energia do que a fissão nuclear, e a sua aplicação na geração de eletricidade ainda é incipiente.

Veja também: Armas nucleares — os dispositivos explosivos que também podem ser resultantes desses dois processos

Vantagens da energia nuclear

O uso da energia nuclear apresenta algumas vantagens que a tornam uma opção viável quando comparada às demais fontes de energia. Entre elas, estão:

• utilização de fonte presente em abundância na natureza;

• baixos custos de operação das usinas nucleares;

• não emissão de gases poluentes na atmosfera;

• pequena demanda por áreas para a sua instalação, além de poder ser feita afastada das cidades;

• produção de pequena quantidade de rejeitos;

• alta produtividade e capacidade de operar de forma contínua, isto é, sem interrupções.

Desvantagens da energia nuclear

Não obstante a energia nuclear se apresente como uma fonte pouco poluente de energia por não emitir gases do efeito estufa, responsáveis por acelerar as mudanças climáticas, há uma série de desvantagens associadas principalmente ao processo de geração elétrica e do descarte dos resíduos radioativos. Listamos abaixo algumas dessas desvantagens:

• embora abundantes, os elementos usados como combustível são finitos. Assim, a energia nuclear é uma fonte não renovável de geração de eletricidade;

• elevados custos de instalação, muitas vezes repassados ao consumidor final;

• aquecimento das águas dos reservatórios naturais, como mar e rios, em função do despejo da água utilizada no processo de geração de energia nas usinas;

• riscos ambientais e para a saúde humana em decorrência do descarte irregular do lixo atômico;

• riscos de acidentes nucleares.

→ Perigos da energia nuclear

A energia nuclear oferece perigos para a natureza e para a saúde humana. Um dos riscos é o da ocorrência de um acidente nuclear, embora não sejam tão recorrentes.

Grandes acidentes como o acidente da Usina de Chernobyl, na Ucrânia, e o acidente da Usina de Fukushima, no Japão, que aconteceram respectivamente em 1986 e 2011, demandam a evacuação de grandes áreas devido à emissão de radiação na atmosfera, impactando diretamente a vida da população local. Há a contaminação das águas, dos solos e dos vegetais, podendo ocasionar a morte de animais e doenças a curto, médio ou longo prazo, a depender do tempo de exposição.

No entanto, nem todos os acidentes são fatais como os citados. No ano de 1979, uma falha atingiu a Usina de Three Mile Island, nos Estados Unidos, que levou ao vazamento de água radioativa. A situação foi controlada sem danos aos locais e ao meio ambiente, e a usina retomou suas operações na década de 1990.

É importante lembrar que a radiação pode permanecer por centenas de milhares de anos na natureza. Assim, outro perigo da energia nuclear diz respeito à forma como o lixo radioativo e outros elementos contaminados são descartados. Quando feito de maneira irregular, pode haver a contaminação direta dos solos, do lençol freático e corpos d’água e consequentemente afetar a fauna, a flora e a saúde humana.

Energia nuclear no mundo

A energia nuclear corresponde a aproximadamente 5% da matriz energética mundial. A geração de eletricidade por meio da fissão nuclear teve início mundialmente a partir da década de 1950 no território da União Soviética e é atualmente uma das principais fontes de muitos países europeus e asiáticos. Ainda assim, os Estados Unidos lideram a lista dos principais produtores de energia nuclear do mundo, respondendo por quase 31% da produção mundial.

O Fórum Econômico Mundial aponta que apenas 15 países são responsáveis por 91% de toda a energia nuclear produzida no mundo. Veja na lista abaixo quais são esses países.

1. Estados Unidos

2. China

3. França

4. Rússia

5. Coreia do Sul

6. Canadá

7. Ucrânia

8. Alemanha

9. Espanha

10. Suíça

11. Reino Unido

12. Japão

13. Índia

14. Bélgica

15. Tchéquia

Energia nuclear no Brasil

A energia nuclear representa apenas 3% da matriz energética brasileira, e a sua produção se concentra na região Sudeste, mais precisamente no estado do Rio de Janeiro. Lá, a energia nuclear representa aproximadamente 40% do consumo do estado.|1|

A primeira usina nuclear brasileira, Angra I, entrou em operação no ano de 1985 na cidade de Angra dos Reis, situada no litoral do estado a pouco mais de 150 km da capital fluminense. Quase duas décadas mais tarde, a unidade de Angra II começou as suas atividades, ambas com capacidade para atender uma população maior do que dois milhões de habitantes. Angra I e Angra II fazem parte do programa nuclear brasileiro, que começou a ser executado ainda na década de 1950.

Há um projeto de ampliação de capacidade produtiva brasileira com a construção da unidade de Angra III, que teve início em 1984, mas se encontra suspensa até o momento. O Plano Nacional de Energia 2050, apresentado em 2021 pelo Ministério de Minas e Energia, prevê a maior diversificação da matriz energética nacional e a construção de novas usinas nucleares para atenderem a uma demanda maior em até 10 GW.

Usinas nucleares

As usinas nucleares são as instalações industriais responsáveis pela geração de energia elétrica por meio da energia nuclear. São chamadas também de usinas termonucleares por utilizarem calor liberado na fissão nuclear para a produção de eletricidade.

A energia nuclear é produzida no interior do reator, que fica no interior de um vaso de proteção. A água presente nesse vaso é aquecida como resultado da liberação de calor na reação nuclear, mudando de estado físico.

O vapor d’água aciona as turbinas da usina, que, por sua vez, acionam os geradores. A eletricidade é direcionada para as torres de transmissão e delas para o consumidor final. Para saber mais sobre o assunto, acesse: Usinas nucleares.

História da energia nuclear

A história da energia nuclear caminha junto às descobertas feitas sobre a estrutura e o comportamento dos átomos, que tiveram início entre o século XIX e o século XX com os modelos atômicos propostos por John Dalton, Joseph John Thomson e Ernest Rutherford. Grandes descobertas no campo da radioatividade foram feitas no mesmo período, com destaque para nomes importantes como o de Wilhelm Röentgen, Antoine Henri Becquerel e Marie Curie.

Principal reação envolvida na geração de energia nuclear, a fissão nuclear propriamente dita foi descoberta entre os anos de 1938 e 1939 pelos físicos alemães Otto Hahn, Lise Meitner e Fritz Strassman. Uma série de avanços vinham sendo feitos desde então, como o controle da reação de fissão nuclear, mas, com a Segunda Guerra Mundial, a energia nuclear passou a ser utilizada com outra finalidade: a bélica, dando origem às bombas atômicas.

No ano de 1942, Enrico Fermi desenvolveu o primeiro reator nuclear do mundo, na cidade de Chicago, nos Estados Unidos. Pouco mais de uma década mais tarde, em 1954, entrava em operação a primeira usina nuclear do mundo em Obninsk, na então União Soviética, atual Rússia.

Saiba também: Energia das marés — a energia gerada por meio do desnível da água do mar

Exercícios resolvidos sobre energia nuclear

Questão 1

(Enem) Um problema ainda não resolvido da geração nuclear de eletricidade é a destinação dos rejeitos radiativos, o chamado “lixo atômico”. Os rejeitos mais ativos ficam por um período em piscinas de aço inoxidável nas próprias usinas antes de ser, como os demais rejeitos, acondicionados em tambores que são dispostos em áreas cercadas ou encerrados em depósitos subterrâneos secos, como antigas minas de sal. A complexidade do problema do lixo atômico, comparativamente a outros lixos com substâncias tóxicas, se deve ao fato de:

A) emitir radiações nocivas, por milhares de anos, em um processo que não tem como ser interrompido artificialmente.

B) acumular-se em quantidades bem maiores do que o lixo industrial convencional, faltando assim locais para reunir tanto material.

C) ser constituído de materiais orgânicos que podem contaminar muitas espécies vivas, incluindo os próprios seres humanos.

D) exalar continuamente gases venenosos, que tornariam o ar irrespirável por milhares de anos.

E) emitir radiações e gases que podem destruir a camada de ozônio e agravar o efeito estufa.

Resolução:

Alternativa A

O lixo radioativo é um problema porque o tempo que ele demora para se dissipar naturalmente varia, podendo chegar a até milhões de anos. Existem atualmente métodos que auxiliam a diminuir o impacto da radiação no meio e até contê-la, demandando instalações adequadas e manutenção constante.

Questão 2

(PUC-RS) A fissão e a fusão são processos que ocorrem em núcleos energeticamente instáveis como forma de reduzir essa instabilidade. A fusão é um processo que ocorre no Sol e em outras estrelas, enquanto a fissão é o processo utilizado em reatores nucleares, como o de Angra I.

( ) Na fissão, um núcleo se divide em núcleos mais leves, emitindo energia.

( ) Na fusão, dois núcleos se unem formando um núcleo mais pesado, absorvendo energia.

( ) Na fusão, a massa do núcleo formado é maior que a soma das massas dos núcleos que se fundiram.

( ) Na fissão, a soma das massas dos núcleos resultantes com a dos nêutrons emitidos é menor do que a massa do núcleo que sofreu a fissão.

( ) Tanto na fissão como na fusão ocorre a conversão de massa em energia.

A sequência correta, de cima para baixo, é:

A) F – V – F – V – V

B) F – F – V – V – F

C) V – F – V – F – V

D) V – F – F – V – V

E) V – V – V – F – F

Resolução:

Alternativa D

A segunda e a terceira afirmativas são falsas, e as demais são verdadeiras. No caso da segunda alternativa, ela não é verdadeira porque a reação de fusão nuclear também libera energia, maior até do que na fissão. Já a terceira afirmativa é falsa porque a massa do núcleo formado na fusão é menor do que a soma da massa dos núcleos envolvidos na reação, com parte da massa tendo sida convertida em energia.

Notas

|1| BASTOS, J. S. Energia nuclear pela eficiência energética no Brasil. Ângulos: a revista do Crea Rio. Disponível aqui.

Por Paloma Guitarrara
Professora de Geografia