5 de dez. de 2008

Energia Nuclear (trabalho escolar)

Por que Energia Nuclear?

A utilização da energia nuclear vem crescendo a cada dia. A geração nucleoelétrica é uma das alternativas menos poluentes; permite a obtenção de muita energia em um espaço físico relativamente pequeno e a instalação de usinas perto dos centros consumidores, reduzindo o custo de distribuição de energia.
Outras fontes de energia, como solar ou eólica, são de exploração cara e capacidade limitada, ainda sem utilização em escala industrial. Os recursos hidráulicos também apresentam limitações, além de provocar grandes impactos ambientais.
Por isso, a energia nuclear torna-se mais uma opção para atender com eficácia à demanda energética no mundo moderno.

História

A Teoria Atomística foi edificada inicialmente no quinto século antes de Cristo pelos filósofos gregos Leucipo e Demócrito.
Na sua Teoria Atomística, Demócrito afirma que o Universo tem uma constituição elementar única que é o átomo, partícula indivísivel, invisível. impenetrável e animada de movimento próprio. As vibrações dos átomos provocam todas as nossas sensações. Lito Lucrécio Caso, célebre poeta romano (95-52 AC), reproduziu em seus poemas as idéias de Demócrito no seu livro "DE RERUM NATURA", muito divulgado na época do Renascimento.
Somente no início do século XIX, os pesquisadores em química retornaram à hipótese atômica. Esta hipótese foi proposta por John Dalton em 1803 e a teoria atómica apresentada no livro "A NEW SYSTEM OF CHEMICAL PHILOSOPHY". Os postulados fundamentais de Dalton são os seguintes:
I) — Os elementos químicos consistem de partículas discretas de matéria, os átomos, que não podem ser subdivididos por qualquer processo químico conhecido e que preservam a sua individualidade nas reações químicas;
II) — Todos os átomos do mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos, particularmente em seus pesos; elementos diferentes têm átomos diferentes em peso. Cada elemento é caracterizado pelo peso dos seus átomos;
III) — Os compostos químicos são formados pela união de átomos de diferentes elementos em proporções numéricas simples, isto é: 1:1, 1:2, 2:1, 2:3, etc. Com a finalidade de interpretar as leis volumétricas de Gay-Lussac (1805-1808), em 1811, Amadeo Avogadro, Conde de Quaregna e Cerreto, professor de foiça de Turim, Itália, estabeleceu a hipótese da existência de moléculas que correspondem ao agrupamento de átomos. Os gases que têm moléculas formadas de um único átomo são monoatômicos, de dois átomos, diatômicos. etc. Após o ano de 1834. a interpretação das leis de Eletrólise, de Michael Faraday, permitiu que se concluísse que os átomos transportavam cargas elétricas.No ano de 1869,o químico russo Dmitri Men-deleev apresentou uma classificação periódica dos elementos na qual os átomos eram distribuídos em função dos seus pesos atômicos.
O primeiro modelo de átomo foi apresentado por J. J. Thomson (*1856- +1940). O modelo é conhecido como o do "pudim de ameixas". O átomo é constituído por um núcleo positivo (o pudim) no qual se acham inscrustados os elétrons (as ameixas). J. J. Thomson é um dos principais físicos do período de transição entre a Física Clássica do Século XIX e a Física Moderna do Século XX. Foi o fundador da Escola Ele-trônica de Cambridge e dirigiu o Laboratório de Física dessa universidade até 1918. sendo substituído por seu assistente Rutherford. Dividiu com Loreniz a honra de haver iniciado o estudo do elétron, um dos capítulos da física de maior fecundidade no início do século, tendo recebido por seus trabalhos o Prémio Nobel em 1906. Por intermédio da utilização de campos elétricos e magnéticos, determinou a relação entre a carga e a massa das partículas constituintes dos raios catódicos, e identificou que eram feixes de elétrons. Robert A. Millikan. físico americano, professor da Universidade de Chicago, trabalhou durante nove anos (1909-1917) na determinação da carga do elétron na sua célebre experiência da gotícula de óleo. Teve também grande importância para o desenvolvimento da física atómica, as descobertas do RAIO-X e da RADIOATIVIDADE.
Roentgen, em 1895, descobriu um tipo de radiação que atravessava corpos opacos, apesar de serem absorvidos em parte por eles. Esses raios têm a propriedade de excitar substâncias fosforizantes e fluorescentes, impressionam placas fotográficas e aumentam a condutividade elétrica do ar que atravessam. Como eram de natureza desconhecida, foram denominados de Radiação X ou Raios X. H. Poincarré apresentou, em 1896, na Academia de Ciências de Paris e na "Revue Génerale des Sciences" os resultados desses estudos.
Henri Becquerel (*1852-+1908), entusiasmado com a apresentação de Poincarré. intensificou seus estudos sobre materiais fosforecentes e fluorescentes. Nos seus trabalhos, Becquerel. no mesmo ano de 1896. estabeleceu que os sais de urânio emitem radiações análogas às dos Raios-X e que impressionavam chapas fotográficas. Quase trinta anos antes ,(1867),Niepce de Saint Victor descobriu que radiações emitidas por um sal de urânio impressionavam uma chapa fotográfica. Infelizmente, os conhecimentos científicos da época não permitiram tirar maiores proveitos da descoberta.
Os raios de Becquerel foram estudados, também, por Kelvin, Beattle, Smoluchwski, Elster, Geitel, Schmidt e o célebre casal Curie (Pierre Curie * 1859-+ 1906, e Maria Slodowska Curie * 1867-+1934). Em 1898, Madame Curie, em Paris, descobriu, ao mesmo tempo que Schmidt,na Alemanha, que entre os elementos conhecidos, o Tório apresentava características radioativas do urânio. O casal Curie já explicava a ra-dioatividade como uma propriedade atómica. Ajudados por Bemont, separaram quimicamente vários elementos radioativos e descobriram, em 18 de julho de 1898, o Polónio, nome que foi dado em homenagem à pátria de Maria Slodowska Curie. O rádio foi descoberto por Madame Curie em 1910, após longo trabalho, já que,para extrair 1 grama do elemento,teve que tratar aproximadamente 10 toneladas de mineral.
No estudo da radioatividade natural,veriticou-se a existência de 3 tipos de radiação: RAIOS OU PARTÍCULAS a — Partículas positivas são desviadas em um campo magnético em sentido contrário dos raios catódicos. Foi Rutherford,em 1903, que determinou o seu desvio através de um campo elétrico ou um campo magnético, e que as partículas alfa constituem núcleos de hélio. A interpretação da desintegração alfa foi realizada por Gamow em 1927. utilizando a teoria do efeito túnel. RAIOS OU PARTÍCULAS 3 — São mais penetrantes que as partículas a. São elé-trons, e foram estudados inicialmente por Giesel. Meyer, Schweidler. Becquerel. Kauf mann e Bragg. O estudo da desintegração beta, um dos trabalhos mais importantes da física nuclear, foi realizado por Fermi em 1934.
RAIOS Y — São radiações eletromagnéticas emitidas pelo núcleo. Inicialmente foram confundidas com os Raios-X.
Rutherford verificou que eram radiações eletromagnéticas,pois não sofriam desvio ao atravessar campos elétricos ou magnéticos e não apresentavam massa de repouso.
Ernest Rutherford (nasceu em Nelson, Nova Zelândia, em 1871, e morreu na Inglaterra em 1937) estabeleceu o modelo atual de átomo. Foi um dos físicos mais importantes do nosso século. Fez seus estudos na Austrália e na Inglaterra. Em 1898, foi nomeado professor em Montreal e,em 1907, em Manchester. Como dissemos anteriormente, ocupou a cátedra deixada por J. J. Thomson em Cambridge,em 1918,e foi Diretor do Laboratório Cavendish. Recebeu o Prêmio Nobel em 1908 e,em 1931,foi tornado nobre pelo Rei da Inglaterra. Sua experiência,para a determinação do modelo de átomo de J. J. Thomson,constituiu um dos capítulos mais interessantes da física nuclear. Foi realizada em 1911, utilizando o espalhamento de partículas alfa por núcleos pesados. Resultados dos desvios das trajetórias, as partículas alfa permitiram o estabelecimento do seu modelo nuclear, que é análogo ao nosso sistema planetário. O núcleo central é positivo;e em torno dele gravitam partículas negativas: os elétrons.
Entre 1913 e 1915, Niels Bohr, em Copenhague, estudando o problema da estabilidade do átomo de Rutherford, estabeleceu uma teoria na qual havia a aplicação de hipóteses quânticas no movimento dos elétrons. Ficaram célebres, em Ciência, os postulados de Bohr relativos às órbitas eletrônicas. O átomo de Bohr apresentou uma perfeita aplicação ao estudo da espectroscopia atómica de núcleos hidrogenóides. Os postulados de Bohr têm os seguintes enunciados:
i ) — Um sistema atômico possui um número de estados (órbitas) nos quais os elétrons não emitem radiação. São chamados de estados estacionários do sistema, isto é, a energia permanece constante. O primeiro postulado contraria as leis da eletrodinâmica clássica;
ii) — Qualquer emissão ou absorção de radiação deve corresponder à uma transição entre dois estados estacionários. A variação de energia entre dois estados estacionários é um número inteiro de quanta*.
iii) — O momento angular do elétron em órbita é um número inteiro de h (constante de Planck) dividido por 211. *Quantum — produto da constante de Planck pela frequência da radiação. A ideia original da teoria de quantum é de Max Planck (1901) e foi utilizada no estudo da radiação do corpo negro.
A idéia original de quantização da energia foi apresentada por Max Planck,em 1901. no estudo da radiação do corpo negro. A mecânica quântica ou mecânica ondulatória começou a ser estruturada por L. de Broglie, em 1924, com o seu postulado que resolvia o problema da dualidade onda-corpúsculo: — A toda onda está associado um corpúsculo e a todo corpúsculo está associada uma onda. A mecânica ondulatória deve seu desenvolvimento a Schrõdinger (1926) e a Heisemberg,com a mecânica das matrizes (1925). A mecânica quântica e a Teoria da Relatividade de A. Einstein (1905) constituem poderosas ferramentas para o desenvolvimento da micro física, tanto no campo da física atómica como da física nuclear.
O problema da constituição do núcleo foi um dos capítulos mais importantes e difíceis da física nuclear. Em 1916, Prout sugeriu,como Dalton, que todos os pesos atómicos deveriam ser números inteiros. Como o hidrogênio era o átomo mais leve, os átomos deveriam ser constituídos de átomos de hidrogénio. Posteriormente, como na radioatividade natural, verificou-se a saída de partículas negativas(elétrons)do núcleo, e foi estabelecida uma hipótese da constituição do núcleo por prótons e elétrons. A primeira desintegração artificial foi obtida por Rutherford,em 1919, bombardeando átomos de nitrogênio com partículas alfa. Verificou Rutherford que havia a produção de oxigénio 17 e a saída de um próton. Determinou-se posteriormente, por razões quânticasra impossibilidade da existência de elétrons no interior do núcleo.
Rutherford propôs existência, no núcleo, de uma partícula neutra, composta de um próton e um elétron. à qual deu o nome de nêutron. Em virtude de problemas relacionados as conservações de momento angular intrínseco e energia, foi proposto a existência de novas partículas: o neutrino e o anti-neutrino.
Assim, poderemos escrever que:
nêutron — próton + elétron + anti-neutrino próton — nêutron + positron + neutrino
O neutrino e o anti-neutrino foram evidenciados por R. Davis,em 1955,e Cowan, Reines, Harrison, Kruse e McGuire,em 1956.
O positron, que é uma partícula de massa igual a do elétron e de carga positiva, foi imaginada por Dirac na resolução da sua equação relativa ao estudo do momento angular intrínseco do elétron (SPIN). O positron foi determinado,experimentalmente, em 1932, por Anderson,no estudo de radiação cósmica. Em 1935, Yukawa apresentou a sua TEORIA DO CAMPO MESÔNICO para explicar o problema das forças nucleares. Em 1947, na Inglaterra, no estudo de raios cósmicos, e em 1948 nos Estados Unidos da América, em laboratório, foi descoberto o MESONII. Nestas experiências, devemos destacar o nome do brasileiro Cezar Lattes que participou ativamente nesta descoberta. Este acontecimento foi de grande importância para o desenvolvimento da Física no Brasil e motivou a Criação do CENTRO BRASILEIRO DE PESQUISAS FÍSICAS (C.B.P.F.), atualmente um dos centros de pesquisa do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (C.N.P.q).
A existência do nêutron foi verificada experimentalmente em 1932. por Chadwik. Hoje, aceitamos como constituintes do núcleo as partículas próton e nêutron: é a hipótese próton-nêutron. Essas partículas constituintes do núcleo são denominadas nucleons.

A ENERGIA NUCLEAR

PEQUENA HISTÓRIA DA VIDA DE FERMI

Não poderemos dissociar do desenvolvimento e aproveitamento da energia nuclear o nome de Enrico Fermi, um dos maiores físicos do século. Enrico Fermi nasceu,em Roma, no dia 29 de setembro de 1901. Stefano Fermi. o avô paterno, foi o primeiro de uma família de camponeses a abandonar o trabalho da terra. Alberto Fermi. o 2o filho de Stefano, pai de Enrico Fermi, trabalhava na Companhia Ferroviária — "Alta Itália".
Enrico Fermi Cedo, auxiliado por sua irmã, aprendeu a ler e escrever, e tendo uma memória prodigiosa, guardou trechos longos de "Orlando Furioso". Em 14 de novembro de 1918, fez concurso para a Escola Normal Superior de Pisa. A sua tese de "Laurea" defendida em 1922. foi sobre "Difração de Raio-X em Cristais", tendo recebido da Banca Examinadora a "magna cum laude' Em 1923. recebeu uma bolsa de estudos para trabalhar no Instituto de Max Bom, em Gothing. Born ensinava Física Teórica,e James Franck. Física Experimental. Encontrou,em Gothing,os físicos (ainda jovens, mas já brilhantes )Werun Heisenberg e Pascual Jordan. Voltando da Alemanha, foi convidado por Corbino para ensinar Matemática para os Químicos da Universidade de Roma. Na Universidade reencontrou Pérsico, um amigo de juventude e um dos maiores matemáticos italianos.
No dia 7 de novembro de 1926, a Banca Examinadora do Concurso para Professor de Física Teórica da Universidade de Roma composta dos Professores Garbasso, Maggi, Cantone, Q. Majorana e Corbino. por unanimidade, apresentou como vencedores: Fermi. o primeiro: Pérsico, o segundo-, e Aldo Pontremoli. o terceiro. Fermi permaneceu como professor em Roma. Pérsico foi para Florença e Pontremoli para Milão. No ano de 1929, Benito Mussolini nomeou Fermi "Académico d'Itália". A indicação de Fermi como Acadêmico teve a finalidade de atrair para o fascismo a Ciência Italiana.
Todavia, a atuação de Fermi. quer como acadêmico, quer como político, foi praticamente insignificante. A "Academia d'talia" tinha por finalidade se opor à "Academia dei Lincei" que era composta por uma maioria de cientistas antifascistas.
Fermi visitou os Estados Unidos pela primeira vez em 1930. tendo sido convidado para lecionar em Ann Arbor, onde está situada a Universidade de Michigan. Nessa Universidade,ministrou um Curso de Verão em Física Teórica. Voltou posteriormente, nos anos de 1933 e 1935, e se tornou um grande amigo da América e dos americanos.
A atuação de Fermi como professor da Universidade de Roma foi fundamental para a mudança dos destinos da Física na Itália. Até 1928, não existiam livros de Física Moderna adaptados aos estudos universitários. O único livro utilizado por toda uma geração de física era em alemão: "Atombau und Spektrallinien" de Sommerfeld. Fermi começou a escrever em 1927 e publicou,em 1928, em italiano, uma "Introduzione alia Física Atómica".
A sede de toda a modificação científica de Roma, e da própria Itália, era o velho Instituto de Física da Universidade de Roma, situado na rua Panis-perna 89a. Neste Instituto, dirigido pelo professor Corbino. Fermi pôde concentrar os melhores estudantes de Física da época. Foram discípulos e colegas de Fermi: Amaldi, Bruno Pontecorvo. Basetti. Majorana e Emilio Segre. Fermi introduziu na velha Universidade o estudo de mecânica quântica e mostrou a importância dos trabalhos de Rutherford na física nuclear. Corbino, apoiando as ideias de Fermi, em 1929. apresentou na "Societã Italiana per il Progresso delle Scienze", em Florença, um trabalho profético que viria modificar os destinos da Física Italiana. Poderemos citar alguns trechos desse trabalho:
... "A única possibilidade de novas grandes descobertas da Física reside no fato de podermos modificar o núcleo interno do átomo. Este será um trabalho verdadeiramente digno da física futura".
... "O único caminho que poderá permitir, a agressão do núcleo do átomo é aquela que permite a aceleração artificial dos projéteis naturais dos elementos radioativos em grande número e com grande velocidade, o que exigirá tubos carregados e alimentados a uma diferença de potencial de dez milhões de volts. Somente dificuldades técnicas e financeiras, não a priori insuperáveis, se opõem a realização deste grande pro-jeto. O objetivo não é somente a transmutação dos elementos químicos em quantidades sensíveis, mas a constatação da grande produção energética que deverá se manifestar na pulverização ou reconstituição dos núcleos atômicos".
Estavam previstas a Fissão e a Fusão nucleares.
Em 1933, Fermi escreveu uma teoria sobre o decaimento beta. O seu trabalho "Tentativo di una Teoria dellEmissione dei Raggi Beta" foi rejeitado pela revista "Na-ture". pois segundo a revista, apresentava muitas hipóteses que estavam longe de uma realidade física. Seu trabalho, que constitui a base das Interações Fracas e do estudo da Desintegração Beta. foi publicado nas revistas "Zeitschrift fúr Physik" e "Ricerca Scientifica". Em março de 1934, Fermi sugeriu a Rasetti que irradiasse vários elementos com nêutrons de uma fonte de Polônio-Berílio. que era muito fraca. Posteriormente, após quase 2 anos de trabalho.
Fermi, com o auxílio do Instituto de Saúde Pública, construiu uma fonte de Rádio-Berílio. Com esta fonte mais possante, Fermi bombardeou, sistematicamente, diversos elementos em ordem crescente de peso atômico. Publicou o trabalho em 25 de março de 1934. intitulado: "Radioattività Provo-cata da Bombardeamento de Neutroni — I". O / indicava que haveria uma série de trabalhos sobre o mesmo assunto. Solicitou o auxilio de Amaidi e Segre. Telegrafou a Rasetti. que estava de férias em Marrocos, para que voltasse rapidamente. Por felicidade, ou infelicidade do grupo, chegava à Roma,nesta época,o químico Oscar D'Agos-tino que recebera uma bolsa para trabalhar no Laboratório de Marie Curie. Feliz ou infelizmente, porque Oscar D'Agostino. se interpretasse bem os resultados das experiências de Reações de Neutrons com o Urânio, deveria ter chegado, vários anos antes, à descoberta da Fissão. É interessante a carta de Lord Rutherford a Fermi no ano de 1934.
"Caro Fermi.
Agradeço a gentileza de me enviar uma resenha de suas recentes experiências nas quais tem provocado uma radioatividade em muitos elementos utilizando nêutrons como partículas incidentes. Os seus resultados são de grande interesse, e não duvido que obteremos rapidamente maiores informações sobre o verdadeiro mecanismo dessas transformações. Não está claro que em todos os processos as explicações sejam tão simples como as das observações de Juliot Curie. Congratulo-me com você pela sua fuga da esfera da Física Teórica. Parece que você encontrou um bom filão para começar. É bom saber, também, que o Prof. Dirac está fazendo experiências. Isto parece um bom augúrio para a Física Teórica.
Rutherford

Nesta época (1934), acreditava-se que a eficiência dos nêutrons para produzir novos núcleos aumentasse com a sua energia. Nesse mesmo ano. foi descoberto que esta idéia estava errada.
No verão de 1934, Fermi esteve no Brasil e, em São Paulo, encontrou o Físico de Turim Gleb Wataghin* e um velho companheiro da Escola Normal de Pisa. o matemático Luigi Fantappie. Wataghin e Occhialini criaram uma florescente Escola de Física que muito contribuiu para o desenvolvimento da Ciência Brasileira.
O ano letivo de 1934-1935 foi um dos mais produtivos para o grupo de Fermi.
Os trabalhos sobre nêutrons foram reunidos por Rutherford e publicados nos "Proceedings" da "Royal Sociery" de Londres. No trabalho apresentado a "Royal SocietyV a atividade produzida nos vários elementos é classificada em: fraca, média e forte. Com a finalidade de otimizar essa classificação um tanto grosseira, Fermi indicou Amaidi e Pontecorvo para estudar as seções de choque das reações com nêutrons. O elemento escolhido inicialmente para o estudo foi a prata, que apresentava uma meia-vida de decaimento de 2,3 minutos. Verificaram que os resultados obtidos para a radioatividade induzida eram diferentes quando se mudava a mesa que suportava o pesado espectroscópio Hilger, isto é, dependia do fato da mesa ser de madeira ou de mármore. Verificou-se mais tarde que o fato poderia ser explicado pela moderação de velocidade dos nêutrons no hidrogênio da madeira.
No dia 18 de outubro de 1934, para esclarecer este "mistério", começaram a estudar, sistematicamente, este problema. Para evitar a dispersão de nêutrons na experiência, foi constituído um pequeno anteparo de chumbo. Sem que ninguém soubesse o porquê, Fermi substituiu o pesado anteparo por parafina. Muitos anos mais tarde, contou ao astrônomo Chan-drasekhar o modo fortuito como são feitas as descobertas científicas: "Desejo contar como fiz a descoberta mais importante da minha vida. Um dia. indo ao laboratório, estava pensando em estudar a absorção de nêutrons por um bloco de chumbaQuan-do, finalmente, estava para começar a experiência,eu pensei: não quero um bloco de chumbo mas um de parafina. Foi verdadeiramente uma inspiração improvisada, sem uma razão premeditada".
O certo de tudo isto é que, no dia 22 de outubro de 1934, foi utilizada pela primeira vez parafina na moderação de nêutrons. Numa outra parte do Instituto, enquanto Fermi trabalhava, estava sendo realizado um exame,do qual participavarn,como Membros da Banca Examinadora,quase todos os componentes do grupo de Fermi. Pérsico, em visita a Roma, e Bruno Rossi, assistiam às experiências. Ao meio-dia, Fermi convocou todos os membros do Instituto para verificar um estranho fenómeno: a parafina multiplicava grandemente o efeito dos nêutrons. Todos foram para o almoço ainda confusos com os resultados da parte da manhã. Quando voltaram, às 3 da tarde. Fermi já havia apresentado uma hipótese que explicava a ação da parafina: I — os nêutrons lentos eram mais eficazes que os rápidos na produção de reações nucleares em certos elementos; II — a parafina agia como moderador, isto é, o choque dos nêutrons com os núcleos de hidrogênio (elementos leves) da parafina perdiam grande parte de suas energias cinéticas.
À noite, na casa de Amaldi, foi preparada uma "lettera" para comunicar a descoberta, que seria publicada na "Ricerca Scientifica". Como a esposa de Amaldi era redatora da revista, enviou para a redação,na manhã seguinte,o artigo que tinha como título "Azione di Sostanze Idrogenate sulla Radioatività Provocata da Neutroni — I". São autores: E. Fermi, E. Amaldi, B. Pontecorvo. F. Rasetti, E. Segre.
Foi um verdadeiro pandemônio a preparação da breve comunicação na casa de Amaldi. Fermi ditava. Segre escrevia. Rasetti, Amaldi e Pontecorvo andavam pela sala fazendo comentários em altas vozes. A empregada do casal Amaldi perguntou a Ginestra Amaldi se estavam todos malucos. Corbino considerou muito importante a descoberta que foi patenteada, tendo recebido o número de patente italiana N. 324458, no dia 26 de outubro de 1935. Os inventores registrados foram: Fermi, Amaldi, Pontecorvo, Rasetti, e Segre, que decidiram, caso houvesse qualquer lucro em dinheiro, dividir a quantia, em partes iguais, também com os químicos Trabachi e D'Agostino.
Foi realmente um problema legal muito difícil,a cobrança dos direitos da patente. A termaliza-ção de nêutrons foi utilizada na construção do primeiro reator nuclear, em 1942, nos Estados Unidos. Os advogados do Governo Americano lutaram, até 1953, para não pagar os direitos sobre a patente. Além do mais, em 1950, Pontecorvo, no mês de setembro, fugira para a União Soviética. No verão de 1953, o Governo Americano perdeu a questão e pagou aos inventores quatrocentos mil dólares, que correspondia à uma quantia de vinte e cinco mil dólares para cada um. Os anos de 1936 e 1937 apresentaram uma atmosfera pesada na Itália. A retórica de Mussolini, mesmo para pessoas apolíticas como Fermi, ressoava de maneira desagradável. A conquista da mísera Etiópia era para o fascismo a restauração das glórias do Império Romano.
Veio, posteriormente, a aliança com a Alemanha, que desgostou os intelectuais italianos. A gota d'água para Fermi foi o "Manifesto delia razza" que apresentava a bandeira do anti-semitismo na Itália. A esposa de Fermi era semita e,como o marido, começou a pensar, cautelosamente, em se deslocar para a América. A morte de Corbino em 1937, com 61 anos, talvez tenha também contribuído para esta decisão. Foi escolhido, para substituí-lo no Instituto de Física,o professor Lo Surdo, inimigo de Fermi que apresentava total apoio ao governo de Mussolini.
O Prêmio Nobel recebido por Fermi, em Estocolmo, contribuiu de maneira categórica para a sua ida à América. Fermi recebeu uma comunicação reservada de Niels Bohr. no verão de 1938. de que seria agraciado com o Prêmio Nobel pela produção de elementos transuranianos resultantes do bombardeamento de urânio por nêutrons. A comunicação contrariava o sigilo que cerca o Prêmio Nobel. Foi feita com a finalidade de evitar as represálias que haviam sido postas em prática pelo governo da Alemanha, com outros pesquisadores agraciados pelo prêmio.
No dia 10 de novembro de 1938. recebeu por telefone o convite oficial para re ceber o Prémio Nobel. Partiu de trem. de Roma, no dia 6 de dezembro, juntamente com Laura.sua esposa.e os dois filhos. Nelia e Giulio.Compareceram ao embarque Amal-di e Raserti. que perceberam que a partida representava o fim de uma época memorável da Universidade de Roma.
Enquanto se desenrolavam em Estocolmo as cerimônias da entrega do Prêmio Nobel, na Alemanha. Otto Hahn e Fritz Strassman faziam a descoberta mais importante da Física Nuclear: a fissão do núcleo. A comunicação foi apresentada à Revista "Naturwissenschaften" no dia 22 de dezembro de 1938. Eles determinaram, sem qualquer sombra de dúvida, a presença de bário como produto do bombardeamento do urânio por nêutron. Antes de publicar o trabalho, Hahn e Strassman comunicaram a descoberta a Frisch e a Lise Meitner que se encontravam na Dinamarca, pois foram obrigados a abandonar a Alemanha. Pela presença de bário, Lise Meitner, que trabalhara muitos anos com Otto Hahn, concluiu então que o bário era um dos fragmentos que resultavam da fissão do urânio. Meitner trabalhava com Niels Bohr,em Copenhague. Este fato terá grande importância na História da Energia Nuclear. Da Suécia. Fermi dirigiu-se a Copenhague, tendo sido recebido cordialmente na casa da família de Niels Bohr. Partiu da Europa no navio Franconia e desembarcou,no dia 2 de janeiro de 1939, em New York. Disse, ao desembarcar, para Laura: "Fundamos o ramo americano da família Fermi". Foi recebido,no desembarque, pelo Professor G. B. Pegram. Chefe do Departamento de Física da Universidade de Columbia.

Fatos da história no uso da energia nuclear:

1896 - Descoberta a radioatividade;
1898 - Isolados o polônio e o rádio. Descoberta a radiação gama;
1902 - Confirmada a desintegração radioativa espontânea;
1910 - Uso ingênuo a de materiais;
1920 - radioativos na medicina e indústria;
1911 - Concebida a idéia de usar traçadores radioativos;
1926 - Uso de radiação para o tratamento de câncer;
1934 - Primeiro radionuclídeo artificial. Primeira fissão do urânio com nêutrons;
1936 - Uso em terapia de radioisótopos produzidos em ciclotron;
1939 - Carta de Einstein sobre a possibilidade de os alemães construírem a bomba atômica;
1941 - Início do programa nuclear norte-americano;
1942 - Início da construção de um reator nos Estados Unidos;
1945 - Lançamento das bombas atômicas sobre Hiroshima e Nagasaki;
1967 - Brasil assina Tratado para a Proscrição de Armas Nucleares na América Latina e
Caribe;
1968 - Estabelecido pela AIEA o Tratado de Não-proliferação;
1972 - Assinado com os Estados Unidos acordo para a construção de Angra 1;
1981 - Autorizado funcionamento provisório de Angra 1;
1982 - Brasil passa a produzir bolo amarelo (yellow cake);
1984 - Angra 1 entra em operação comercial;
1987 - Brasil inicia produção de urânio enriquecido. Acidente em Goiânia com césio-137
1988 - Inaugurado o reator MB/01 concebido e construído no Brasil;
1991 - Brasil e Argentina assinam acordo para uso pacífico da energia nuclear;
1994 - Entra em vigor o Tratado para a Proscrição de Armas Nucleares na América Latina e Caribe;
1995 - Brasil passa a produzir o radiofármaco tálio-201;
2000 - Início de operação de Angra 2;
2004 - Entra em operação a usina de enriquecimento nuclear em Resende (RJ).

O que é

A quebra, a divisão do átomo, tendo por matéria prima minerais altamente radioativos, como o urânio (descoberto em 1938).
A energia nuclear provém da fissão nuclear do urânio, do plutônio ou do tório ou da fusão nuclear do hidrogênio. É energia liberada dos núcleos atômicos, quando os mesmos são levados por processos artificiais, a condições instáveis.
A fissão ou fusão nuclear são fontes primárias que levam diretamente à energia térmica, à energia mecânica e à energia das radiações, constituindo-se na única fonte primária de energia que tem essa diversidade na Terra.
Como forma térmica de energia primária, foram estudadas as aplicações da energia nuclear para a propulsão naval militar e comercial, a nucleoeletricidade, a produção de vapor industrial, o aquecimento ambiental e a dessalinização da água do mar.
Apesar de polêmica, a geração da energia nucleoelétrica é responsável pelo atendimento de 18% das necessidades mundiais de eletricidade. São as aplicações da ciência e tecnologia nucleares que resultam em benefícios mais significativos, de amplo alcance e de maior impacto econômico e social.

Energia elétrica a partir de energia nuclear

Para se obter energia elétrica a partir da energia nuclear é necessário que haja a fissão nuclear de um átomo, geralmente de urânio-235, neste processo ocorrerá a quebra do núcleo atômico, que ocorrerá com liberação de grande quantidade de energia, da ordem de 1010J de energia liberada por mol de urânio quebrado. A reação de quebra do urânio pode ser controlada ou não, caso não seja, a energia produzida poderá ser utilizada em bombas atômicas, caso ela seja controlada, poderá ser utilizada de maneira benéfica, como na produção de energia elétrica.
A grande quantidade de energia produzida na reação de quebra do urânio será utilizada para aquecer um caldeirão que gerará vapor. Este vapor será induzido a passar por um sistema de turbinas, que serão as responsáveis por fazer girar um gerador, que por sua vez produzirá energia elétrica através da indução magnética, ou seja, do movimento de um ímã, que fará aparecer uma corrente elétrica no sistema. A produção de energia elétrica a partir de quedas d'água ou de fissão nuclear controlada produz a mesma energia elétrica.
A energia elétrica produzida a partir de energia nuclear não é radioativa e é igual a energia produzida em hidroelétricas, podendo ser utilizada para os mesmos fins.

Geração de Energia Nuclear

A geração de energia nuclear é altamente dependente da temperatura do meio, e a seção de choque das reações depende da energia, porque as reações são ressonantes com os níveis de energia do núcleo composto. Desta forma, não se pode escrever uma simples expressão entre a produção de energia nuclear, com a temperatura e a densidade.

Funcionamento de uma usina nuclear
segundo a INB (industrias Brasileiras do Brasil)

Os átomos são mais leves ou mais pesados, dependendo do número de partículas que se constituem. O mais leve que se conhece é o do hidrogênio e o mais pesado o do urânio.
Um átomo é composto por um núcleo e por partículas menores que gravitam em torno desse núcleo. Essas partículas se chamam elétrons, são muito leves e têm carga elétrica negativa. Dentro do núcleo, há dois tipos de partículas, chamadas prótons e nêutrons.
O número de prótons é sempre igual ao número dos elétrons mas sua carga é positiva. Quanto aos nêutrons, variam em número sendo mais numerosos quanto mais pesado for o átomo. Eles não possuem carga elétrica alguma, são neutros, como o nome está dizendo.
Embora sabendo que tudo que existe na natureza é formado por átomos, trataremos apenas dos átomos do elemento chamado urânio.
No urânio presente na natureza são encontrados átomos, que têm em seu núcleo 92 prótons e 143 nêutrons (cuja soma dá 235), átomos com 92 prótons e 142 nêutrons (234) e outros ainda, com 92 prótons e 146 nêutrons (238). Como os prótons e elétrons são em número igual (92), podemos dizer que esses átomos são quimicamente iguais e os chamaremos de isótopos do mesmo elemento, isto é, do urânio.
Para diferenciá-los, usa-se o símbolo químico de elemento e um número, de acordo com seu peso atômico - Isótopo U-234, - Isótopo U-235 e - Isótopo U-238.
O choque de um nêutron livre com o isótopo U-235 causa a divisão do núcleo desse isótopo em duas partes -dois outros átomos - e ocasiona uma liberação relativamente alta de energia. Dá-se a esse fenômeno o nome de fissão nuclear.
A fissão nuclear ocasiona a transformação da matéria em energia, através da divisão do isótopo U-235.
Por que o U-235 e não o U-234 ou o U-238?
Quando a fissão do isótopo U-235 ocorre, o núcleo divide-se em duas partes formando dois elementos novos, e dele se desprendem 2 ou 3 nêutrons que, por seu turno, podem chocar-se com outro núcleo de U-235 acarretando nova fissão, novos elementos são formados, provocando uma seqüência de fissões denominada reação nuclear em cadeia.
Somente o U-235 na natureza tem a propriedade de se fissionar e portanto, sustentar uma reação em cadeia.
O aproveitamento e controle dessa energia liberada é feito dentro de reatores nucleares, que nas usinas nucleares, fazem o mesmo papel que a caldeira desempenha nas usinas térmicas comuns.
A fim de otimizar as reações nucleares costuma-se enriquecer o urânio antes do seu uso nos reatores. Esta operação consiste simplesmente em aumentar o teor do Isótopo U-235 (o único que se fissiona) na mistura de isótopos do urânio natural (U-234, U-235 e U-238).

Fissão nuclear

O núcleo de um átomo pode ser separado. A fissão nuclear significa separar o núcleo dos átomos. Quando isto acontece dá-se uma tremenda reacção química libertando grande quantidade de energia luminosa e calorífica. Quando o núcleo do átomo é separado lentamente, a energia gerada pode ser transformada em energia eléctrica. Se a fissão nuclear for brusca dá-se uma explosão criando-se assim a bomba atómica.
Numa central nuclear os átomos do urânio são separados. Este metal raro é extraído do subsolo através de minas. O urânio é trabalhado e repartido por pequenas balas colocadas num longo varão. O varão está dentro de um reactor que controla a separação atómica e sua reacção.
As partículas separadas de um átomo vão ao encontro de outros átomos separando-os; gera-se assim um processo de separação nuclear corrente. Os varões servem para controlar a quantidade de urânio emitida para o reactor, de forma a que a separação dos núcleos não atinja grande velocidade.
Se a reacção não fosse controlada poderia dar-se uma explosão atómica. No entanto, isto é difícil de acontecer porque numa bomba atómica é necessário juntar durante muito tempo elementos de urânio - 235 ou plutónio em quantidade e forma precisa. Estas condições não estão presentes num reactor nuclear.
A reacção também gera radiação nuclear sendo mortal para a vida humana. Por este motivo, o reactor é isolado com uma espessa camada de betão.
A energia calorífica resultante da separação nuclear pose ser usada para aquecer água e produzir electricidade. Assim, a energia nuclear é transformada em energia eléctrica.
A água quente é canalizada para outra secção onde vai aquecer tubos cheios de água de forma a produzir vapor. O vapor dá potência á turbina que ligada ao gerador cria energia eléctrica.

Reator PWR

As usinas Angra I e Angra II são do tipo PWR (a água pressurizada). Veja abaixo uma representação da Usina Angra I.
O vaso de pressão contém a água de refrigeração do núcleo do reator. Essa água circula quente por um gerador de vapor, em circuito fechado, chamado de circuito primário. A outra corrente de água que passa por esse gerador (circuito secundário) se transforma em vapor, acionando a turbina para a geração de eletricidade. Os dois circuitos não têm comunicação entre si.

Estrutura do núcleo
O núcleo do átomo é constituído de partículas de carga positiva, chamadas prótons, e de partículas de mesmo tamanho mas sem carga, denominadas nêutrons. Existem ainda outras partículas bem menores do que os prótons ou os nêutrons, elas são chamadas de subpartículas e são os neutrinos, múons, píons, pósitron, bárion, núcleon, hyperon, méson, hádron, lépton, bóson, férmion, quarks, sendo que cada uma dessas têm outras subdivisões.
Prótons e nêutrons são mantidos juntos no núcleo pr forças, até o momento, não são totalmente identificadas, chamando-as de partículas virtual.
O Átomo
Por muito tempo, pensou-se que o átomo, seria a menor porção da matéria e teria uma estrutura compacta. Atualmente, sabemos que o átomo é constituído por partículas menores (subatômicas), distribuídas numa forma semelhante à do sistema Solar.
Existe um núcleo, onde fica concentrada a massa do átomo, equivalente ao Sol, e minúsculas partículas que giram em seu redor, denominadas elétrons, correspondentes aos planetas (é claro que os elétrons não em órbitas e sim em orbitais- região que delimita a presença mais intensa do elétron no espaço, logo a comparação não é tão correta, mas vale a idéia). Os elétrons são partículas de carga negativa e massa muito pequena.
O átomo possui grandes vazios, onde ocorre a provável presença dos elétrons.


Controle da Reação

Nos reatores nucleares, a reação acontece dentro de varetas que compõem uma estrutura chamada elemento combustível. Dentro do elemento combustível há também barras de controle, geralmente feitas de cádmio, material que absorve nêutrons. Estas barras controlam o processo.
Quando as barras "entram totalmente" no elemento combustível, o reator pára; quando saem, ele é ativado.


Fusão nuclear

Outra forma de energia nuclear é a fusão. A fusão significa juntar pequenos núcleos de forma a constituir um núcleo maior. O sol usa a fusão de átomos de hidrogénio para obter outro composto químico: o hélio. A fusão nuclear liberta luz, calor e radiação. Na figura vêm-se os dois tipos de átomos do hidrogénio: o deutério e o trítio que em combinação formam o hélio e um neutrão extra.
Os cientistas ao longo dos anos tentam controlar a fusão nuclear de forma a produzir energia eléctrica. No entanto, é muito difícil restringi-la num espaço específico.
O melhor da fusão nuclear é que a radiação nuclear não é tão mortal como a libertada na separação nuclear.

Utilização da Energia Nuclear

Servem na utilização de bombas nucleares, pode substituir fontes de energia e também substituir alguns combustíveis.
A utilização da energia nuclear vem crescendo a cada dia. A energia nuclear é uma das alternativas menos poluentes, permite adquirir muita energia em um espaço pequeno e instalações de usinas perto dos centros consumidores, reduzindo o custo de distribuição de energia. A energia nuclear torna-se mais uma opção para atender com eficácia à demanda energética no mundo moderno.
A fissão nuclear do urânio é a principal aplicação civil da energia nuclear. É usada em centenas de centrais nucleares em todo o mundo, principalmente em países como a França, Japão, Estados Unidos, Alemanha, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coréia do Norte, Paquistão Índia, entre outros.

Elementos mais usados como fonte de energia

-Tório
As novas gerações de centrais nucleares utilizam o tório como fonte de combustível adicional para a produção de energia ou decompõe os resíduos nucleares em um novo ciclo denominado fissão assistida. Os defensores da utilização da energia nuclear como fonte energética consideram que estes processos são, atualmente, as únicas alternativas viáveis para suprir a crescente demanda mundial por energia ante a futura escassez dos combustíveis fósseis.

-Urânio
A principal finalidade comercial do urânio é a geração de energia elétrica. Quando transformado em metal, o urânio torna-se mais pesado que o chumbo, pouco menos duro que o aço e se incendeia com muita facilidade.

-Actínio
O Actínio é um metal prateado, altamente radioativo, com radioatividade 150 vezes maior do que o urânio. Usado em geradores termoelétricos.

Energia Nuclear e o Meio Ambiente

Durante a Segunda Guerra Mundial a energia nuclear demonstrou sua potencialidade de causar danos, como ocorreu nas cidades de Hiroshima e Nagasaki.
A energia nuclear traz benefícios para a sociedade, como a utilização das radiações em múltiplas aplicações na medicina, indústria, agropecuária e meio ambiente. Cada um desses usos insere esta energia em um determinado campo de acontecimentos. Assim é que o uso medicinal a insere no ambiente hospitalar e o uso na produção de energia elétrica, no âmbito das relações de moradia e de iluminação pública, por exemplo. Em cada um desses ambientes há uma potencialidade de danos e risco com algumas peculiaridades.
Os problemas ambientais estão relacionados com os acidentes que ocorrem nas usinas e com o destino do chamado lixo atômico - os resíduos que ficam no reator, local onde ocorre a queima do urânio para a fissão do átomo. Por conter elevada quantidade de radiação, o lixo atômico tem que ser armazenado em recipientes metálicos protegidos por caixas de concreto, que posteriormente são lançados ao mar.
Os acidentes são devidos à liberação de material radioativo de dentro do reator, ocasionando a contaminação do meio ambiente, provocando doenças como o câncer e também morte de seres humanos, de animais e de vegetais. Isso não só nas áreas próximas à usina, mas também em áreas distantes, pois ventos e nuvens radioativas carregam parte da radiação para áreas bem longínquas, situadas a centenas de quilômetros de distância.

Algumas vantagens • Utilização das radiações em múltiplas aplicações da medicina, agropecuária, indústria e meio ambiente. • A nucleoeletricidade Desvantagens • O efeito devastador das bombas atômicas • Acidentes nucleares • Destino indevido do lixo atômico
Desastres Nucleares
-Chernobyl:
No dia 26 de abril de 1986, um experimento mal conduzido, aliado a problemas estruturais da usina e outros fatores, causou a explosão do quarto reator de Chernobyl. Cerca de 31 pessoas morreram na explosão e durante o combate ao incêndio. Outras centenas faleceram depois, por causa da exposição aguda à radioatividade, num grau 400 vezes maior que o da bomba de Hiroshima.
-Bomba Nuclear
Uma bomba atômica é uma arma explosiva cuja energia deriva de uma reação nuclear e tem um poder destrutivo imenso uma única bomba é capaz de destruir uma cidade inteira. Bombas atômicas só foram usadas duas vezes em guerra, pelos Estados Unidos contra o Japão nas cidades de Hiroshima e Nagasaki, durante a Segunda Guerra Mundial. No entanto, elas já foram usadas centenas de vezes em testes nucleares por vários países.

-Usina Nuclear (E.UA)
A usina nuclear de Three Mile Island, na Pensilvânia, corre o risco de derretimento, o mais grave tipo de acidente nuclear. A ameaça provém de uma bolha de vapor existente dentro do reator, que pode aumentar de tamanho à medida que as pressões internas forem relaxadas, deixando o núcleo sem a água vital para seu resfriamento. Nuvens de partículas radioativas já escaparam do reator para a atmosfera, mas os técnicos em radioatividade afirmam que o risco de contaminação ainda é pequeno.

Atualmente

Atualmente, vários países possuem usinas nucleares que produzem energia. Esta energia é considerada limpa, pois não polui o meio ambiente, porém o lixo radioativo deve ser armazenado em locais adequados, seguindo diversas normas rígidas de segurança. O Brasil, por exemplo, possui três usinas nucleares (uma está inativa) na cidade de Angra dos Reis (Rio de Janeiro). O grande problema das usinas nucleares é que devem ser tomadas diversas medidas de segurança, pois em caso de acidente, as conseqüências para o homem e meio ambiente são trágicas e extremas.
A energia nuclear também é utilizada para a fabricação de bombas nucleares. Vários países do mundo possuem esta tecnologia, sendo que Estados Unidos e a Rússia possuem os maiores arsenais nucleares do mundo. O poder de devastação destas bombas é enorme. Além de provocar a morte de grandes quantidades de pessoas e causar grande destruição material, provocam diversos tipos de doenças nos sobreviventes, entre elas o câncer. No final da Segunda Guerra Mundial (1939-1945), os Estados Unidos lançaram bombas deste tipo nas cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki, causando grande destruição e milhares de mortes.
Atualmente no Brasil há duas usinas nucleares em funcionamento; Angra I e Angra II, a última apresenta maior potencialidade na produção. Com a construção de Angra III, que deve ficar pronta em 2013, o potencial de produção de energia nuclear brasileiro irá aumentar consideravelmente. Com os problemas de degradação ambiental causados por outras formas de energia, a energia nuclear se torna uma boa solução. Hoje existem 438 unidades em operação: 104 nos EUA, 59 na França, 31 na Rússia, 17 na Alemanha - que vai desativar todas até 2020. Suécia, Espanha, Holanda e Bulgária também já definiram moratórias. Mas a China planeja mais 30, em 15 anos; depois, mais de 100 até 2050. A Índia tem unidades planejadas, assim como a Coréia do Sul, o Egito, a África do Sul e o Vietnã. Finlândia, Argentina, Rússia têm usinas entre as 34 em construção hoje. Japão e França continuam altamente dependentes da energia nuclear. A Grã-Bretanha vai retomar a implantação, mas não concederá subsídios nem o governo assumirá o problema do lixo nuclear.

by Willian Michel Schneider...

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