Após o colapso de Three Mile Island em 1979 e do desastre de Chernobyl, em 1986, a energia nuclear saltou para o topo da lista de vilões ambientais, e agora a situação no Japão viu-a novamente subir ao topo de muitas agendas políticas. Dado que a energia nuclear não produz gases do efeito estufa, os proponentes estão divulgando-o como uma alternativa mais verde aos combustíveis fósseis. Eles argumentam que um quilograma de urânio enriquecido (combustível nuclear chefe) pode fornecer a mesma energia de 3 milhões de quilogramas de carvão ou um milhão de litros de gasolina.
Mas há uma grande diferença. O combustível nuclear produz resíduos radioactivos, o que pode causar câncer, provocar defeitos de nascença, e gerar mutantes. A tecnologia é ao mesmo tempo fascinante e ameaçadora e vamos explicar exatamente como funciona neste artigo.
As usinas nucleares são complexos que se estendem por muitos quilômetros quadrados, mas a ação real acontece em um nível subatômico. A única finalidade de uma usina é a de aproveitar a energia da fissão nuclear - uma reação que o núcleo de um átomo se divide em dois núcleos menores.
Especificamente, as usinas de energias nucleares geralmente derivam de fissão nuclear em óxido de urânio enriquecido, que compreende 96-97 por cento de urânio-238 e de três a quatro por cento de urânio-235. O urânio é o mais pesado de todos os elementos naturais e um dos mais fáceis de quebrar. Quando um nêutron relativamente lento livre choca-se com um átomo de urânio-235, o átomo absorverá o nêutron e a energia extra fará com que o átomo torne-se instável. O átomo imediatamente se divide em dois átomos menores e dois a três nêutrons livres. Uma fração da massa original do átomo se transforma em energia, na forma de calor e fótons de alta energia, chamados raios gama.
Com a mistura certa ou urânio-235, você começa uma reação em cadeia. Alguns dos nêutrons livres gerados no encontro provocam a fissão de outros átomos de urânio-235, fazendo com que os átomos se dividam, produzindo mais nêutrons livres. Colectivamente, a divisão de átomos gera um calor considerável. Todos os equipamentos em uma usina nuclear tem uma função essencial: aproveitar esse calor de um modo seguro para gerar eletricidade.
Quando a água deixou de circular na estação de reatores de água fervente (BWR), em Fukushima, no Japão, uma acumulação de gás hidrogênio explodiu o telhado do edifício. O medo de um vazamento de radiação ocorreu quando a água de refrigeração (que envolve as barras de combustível) não expostos os elementos combustíveis no reator para a atmosfera. Em caso de emergência o controle deslocam as hastes entre os elementos combustíveis para deter o processo de reação nuclear, mas se os elementos de combustível não são resfriados ainda pode haver um risco da radiação escapar para fora. Os técnicos por sua vez utilizaram água do mar para tentar esfriar as barras de combustível.
O coração de uma usina nuclear é o reator, que contém o combustível de urânio e o equipamento que controla a reação de fissão nuclear. Os elementos centrais no reator são 150-200 feixes de barras de combustível de 12 metros de comprimento. Cada pacote inclui 200-300 hastes individuais, que são feitas de pequenas pelotas de óxido de urânio. As hastes são imersas em um líquido refrigerante e alojadas em um vaso de pressão de aço.
A reação de fissão continua indefinidamente, quando, em média, mais de um nêutron de cada reação de fissão encontra outro átomo de urânio. Este estado é chamado supercriticalidade. A fim de aquecer a água com segurança, o reator deve manter o combustível ligeiramente supercrítico, sem permitir uma reação de fissão fugir dos controles.
O mecanismo fundamental para controlar a velocidade de reação são uma série de hastes de controle, feitas de material absorvente de nêutrons, como cádmio. Os operadores podem mover as barras de controle dentro e fora dos feixes de barras de urânio. Para diminuir a reação de fissão, os operadores abaixam as hastes nos pacotes. As hastes absorvem nêutrons das reações de fissão, impedindo-os de dividir os núcleos adicionais. Os operadores podem parar a reação de fissão, diminuindo as hastes de controle por todo o caminho para o pacote de haste de urânio. Para acelerar as reações de fissão, os operadores levantam parcialmente as varas para fora do pacote. Isso aumenta a taxa de nêutrons livres colidem com os átomos de urânio para manter a reacção de fissão ativa.
Além da reação de fissão, uma usina nuclear funciona basicamente da mesma maneira como uma usina que queima de carvão: o combustível gera calor, que ferve a água, que produz vapor, que aciona uma turbina, que aciona um gerador elétrico.
Em um reator de água pressurizada, o calor da cisão não produz vapor diretamente. A reação de fissão aquece a água dentro do vaso de pressão para cerca de 325 graus Celsius, mas a água é mantida sob alta pressão para mantê-la em ebulição. Um sistema de bombeamento de unidades conduz esta água quente através de um tubo que vai para um reservatório de água individual,o gerador de vapor. O tubo aquece a água no gerador de vapor ao ponto de ebulição, e produz vapor. O vapor aciona uma turbina correndo e depois chega a um sistema de refrigeração. Enquanto o vapor esfria, condensa novamente em líquido. A água líquida retorna para o reservatório, e ferve novamente, repetindo o ciclo. Quando a turbina gira, um gerador de energia produz uma corrente elétrica. E voilà: Aí está a energia elétrica utilizável.
Os princípios da energia nuclear são muito simples. Veja como uma estação de Reator de Água em Ebulição como Fukushima no Japão vira atividade de partícula subatômica em energia utilizável:
a fissão nuclear produz altos níveis de radiação gama e beta, que pode mutar células, causando câncer e defeitos de nascimento, entre outras coisas. Naturalmente, a preocupação mais importante na concepção de uma usina nuclear é com essa radiação perigosa. Uma usina nuclear moderna tem muitas camadas de proteção. O vaso de pressão que contém as barras de urânio é envolto em um forro de espessura de concreto, que bloqueia a radiação gama. O reator de todo o sistema gerador de vapor são alojados em uma nave gigante de aço, proporcionando proteção adicional radioactiva. O forro de aço é cercado por uma estrutura externa de concreto, projetado para conter a radiação, mesmo em caso de um terremoto. As usinas nucleares modernas também incluem um avançado sistema de refrigeração automático, que entrariam em ação no caso do reator ou outros equipamentos entrarem em superaquecimento.
As barras de urânio irradiado também são altamente radioativas, o que significa que as usinas de energia não podem simplesmente jogá-las fora. As melhores soluções surgiram com a medida de encapsulamento dos resíduos nucleares em maciços betões e estruturas metálicas ou enterrá-la no subsolo.
Prós e contras da energia nuclear
A vantagem notável de usinas nucleares é que elas geram eletricidade sem emitir qualquer tipo de poluição do ar. As enormes nuvens na atmosfera a partir de torres de resfriamento são nada além de vapor inofensivo.
A energia nuclear não ter um impacto sobre o ambiente, no entanto. A mineração de urânio destrói habitats naturais e a atividade envolvida na mineração de urânio e processamento produzem gases do efeito estufa.
O maior problema é a radioatividade de combustível. Como demonstrado em Chernobyl, os acidentes podem causar doenças generalizadas. Os resíduos nucleares continuam a ser altamente radioactivos durante milhares de anos, e há mais de 60.000 toneladas do mesmo para lidar com eles. Ninguém quer no seu quintal. Outra preocupação são os resíduos caírem nas mãos erradas, dando aos terroristas material para armas.
Nos últimos anos, dezenas de nações decidiram os benefícios compensam os riscos e estão avançando. Eles estão falando que a energia nuclear é o caminho do futuro - assim como era há 60 anos.
Quando os reatores nucleares falham
Durante 23 anos, Chernobyl foi um lembrete desagradável dos riscos da energia nuclear. Em 26 de de Abril de 1986, quatro reatores na central nuclear de Chernobyl explodiram, depois de um teste de segurança errado. Os reatores de Chernobyl, na atual Ucrânia, tinham pouca blindagem ao contrário daqueles no Japão, para proteger contra a contaminação radioactiva. O reator explodiu queimando durante dez dias, vomitando 400 vezes a precipitação radioativa que caiu em Hiroshima no bombardeio da Segunda Guerra Mundial. A propagação da poluição em 80 mil milhas quadradas, com chuva radioativa chegou tão longe como a Irlanda. As autoridades evacuaram as zonas circundantes, incluindo a vizinha cidade de Pripyat.
Ao todo, mais de 300.000 pessoas perderam suas casas. Eles não podiam voltar a uma zona de exclusão de 800 quilômetros quadrados ao redor do reator. A exposição de explosão e da radiação matou 56 pessoas logo após a explosão. O número total de mortos é impossível de calcular, por causa da contaminação ter um alcance muito grande e efeitos a longo prazo. Em 2006, as Nações Unidas estimaram que os casos de câncer decorrente do desastre acabará chegando a 4.000 vidas. Um relatório encomendado pelo Greenpeace estimou o número de mortos em 200.000.
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