ENERGIA NUCLEAR: VANTAGENS E DESVANTAGENS

ENERGIA NUCLEARENERGIA NUCLEAR
Professor:Professor: Dalessandro Luis Mafei
AcadêmicosAcadêmicos
Ademir Klaus
Alessandro Ricardo Karam
Carlos Henrique Rossi
Everaldo de Oliveira Cristo
Hildo Nogatz
Israel Gonçalves de Oliveira
Jonatas Obal Santana
Renan Aparecido Bazza

VantagensVantagens
* Não contribui com o efeito estufa;
* Requer pequenos espaços para sua instalação;
* Não depende da sazonalidade climática (nem das chuvas
nem dos ventos);
* Disponibilidade de combustível;
* Fonte mais concentrada de geração de energia;
* A tecnologia do processo é bastante conhecida;
* Não necessita de armazenamento da energia produzida
em baterias

DesvantagensDesvantagens
* Fonte não renovável;
* Necessidade de armazenar o resíduo nuclear em locais
isolados e protegidos;
* Necessidade de isolar a central após o seu encerramento;
* É mais cara quando comparada às demais fontes de
energia;
* Os resíduos produzidos emitem radioatividade durante
muitos anos;

1- Mineração1- Mineração
17891789
Martin Klaproth, químico alemão, identificou o mineral que
o mundo desconhecia:
O UrânioO Urânio

Núcleo do átomo de urânio:Núcleo do átomo de urânio:
92 prótons e 143 nêutrons= 235
Isótopo UU234234, Isótopo UU235235 e Isótopo UU238238

Yellowcake UYellowcake U33OO88
Lixiviação:Lixiviação: processo industrial para retirada do urânio.
Resultando num licor.
Leva-se à usina de beneficiamento onde é clarificado e
filtrado;
Passa por processo químico até se transformar num sal de
cor amarela, o concentrado de urânio, conhecido como
yellowcake ou concentrado de U3O8.

O urânio passa por outras etapas do chamado “ciclo do
combustível nuclear”
* Conversão em gás;
* Enriquecimento isotópico;
* A produção de pó de UO2;
* A fabricação de pastilhas;
* Montagem do elemento combustível

1.1- Beneficiamento1.1- Beneficiamento
Para realizar o processo de enriquecimento do U3O8:
Esse material é transformado em um gás com elevado valor
energético, aumentando a concentração de U235.
Essa é a única etapa do ciclo do combustível nuclear que
não é realizado no Brasil.
INB - Industrias nucleares do Brasil
Resende, RJ
FCN – Fábrica de Combustível Nuclear
O processo de fabricação inicia-se reconvertendo o
gás em pó de dióxido de urânio – UO2.

1.2- Jazidas1.2- Jazidas
Concentração local de uma ou mais substâncias úteis que
tenham valor econômico.
Na superfície ou no interior da Terra.
Pode referir-se à concentração de substâncias naturais
como o urânio.

1.3- Reserva Mundial de Urânio1.3- Reserva Mundial de Urânio
5,4 milhões de toneladas em todo mundo em 2009,
31% na Austrália
12% no Cazaquistão
9% no Canadá
9% na Rússia.
A produção mundial subiu cerca de 50 mil toneladas em
2009 comparando com 2008.
Tumalapalli - Andhra Pradesh, sul da Índia (2011)
49 mil toneladas de minério

1.3- Reserva no Brasil1.3- Reserva no Brasil
5ª Maior reserva do mundo5ª Maior reserva do mundo

1.3- Reserva no Brasil1.3- Reserva no Brasil
NúmerosNúmeros

1.4- Comparativo1.4- Comparativo
Comparação com outros combustíveisComparação com outros combustíveis

1.5- Identificação dos Locais1.5- Identificação dos Locais
* Sistemas de informação geográfica;
* Mapeação da regiões a partir de imagens de satélites;
* Utilização dados sobre meteorologia, sísmica, população;
* Possíveis fontes de água existentes nos locais
pesquisados que poderiam ser usadas para refrigeração do
reator

1.5- Identificação dos Locais1.5- Identificação dos Locais
A Eletrobrás Eletronuclear averiguou potenciais nas Regiões
Nordeste, Sul e Sudeste.
Cabe ao ministério decidir em que áreas a empresa deve
aprofundar os estudos, processo que vai resultar na
elaboração do Estudo de Impacto Ambiental e Relatório de
Impacto no Meio Ambiente (Eia/Rima) dos sítios em
questão.

2- Fissão Nuclear2- Fissão Nuclear
HistóricoHistórico
* 1895 - Wilhelm Roentgen descobriu os Raios-X
* 1896 - Antonie Henri Becquerel pensou ter encontrado
uma fonte natural de raios-X . Ele observava o sulfato duplo
de potássio e uranila: K2(Uo2)(SO4)2, conseguindo
impressionar placas fotográficas.
* 1898 - Pierre e Marie Curie identificaram o UU, em seguida
o PoPo 400 vezes a radiação do UU e depois o RaRa 900 vezes.
* Inicio do século XX Rutherford propôs a existência de
duas partículas carregadas alfa e beta.

HistóricoHistórico
* Francês Paul U. Villard identificou outra espécie de
radiação eletromagnética, que também era emitida por
esses elementos, que denominou radiação gama.

As partículas radioativasAs partículas radioativas

DefiniçõesDefinições
Radioatividade (ou radiatividade):Radioatividade (ou radiatividade): é a propriedade de
determinados tipos de elementos químicos radioativos
emitirem radiações, um fenômeno que acontece de forma
natural ou artificial.
Fissão nuclear:Fissão nuclear: é uma reação que ocorre no núcleo de um
átomo. Geralmente o núcleo pesado é atingido por um
nêutron, que, após a colisão, libera uma imensa quantidade
de energia.

DefiniçõesDefinições
Contador Geiser:Contador Geiser: é o equipamento que pode detectar e ou
medir a radiação.

Relembrando que...Relembrando que...
... a fissão nuclear foi descoberta em dezembro de 1938, os
físicos alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann.
Após o lançamento das bombas de Hiroshima e Nagasaki,
Hahn passou a lutar contra a corrida nuclear;
O primeiro reator nuclear foi construído na Universidade de
Chicago, sob a supervisão do físico italiano Enrico Fermi. O
equipamento produziu uma reação em cadeia; (1942)
Em 1939, Albert Einstein escreveu a Frankin Delano
Roosevelt, acerca da possibilidade da criação de uma
bomba configurada a partir de uma cadeia de reações em
uma grande massa de urânio (bomba atômica).

Equação da EnergiaEquação da Energia
Conforme E = mc2
, deduzida por Albert Einstein em 1905,
pode -se obter energia a partir de reações entre núcleos
atômicos que originem produtos com massa inferior à
massa inicial do sistema.
A equivalência entre massa e energia é de 931,5 MeV por
unidade de massa atômica
(1 eV = 1,602177×10-19
J, 1 u.m.a. = 1,660565×10-27
kg).

Equação da EnergiaEquação da Energia
Exemplo:
E = (1x10-4
Kg) . (9x1016
m/s)
= 9x1012
J
P= trab / tempo
P = = 9x1012
J / 3600s
=25 MW
Energia que poderia atender 7576 residências

A fissão:A fissão:
Em 1936, Bohr estabeleceu a ideia de um núcleo

A fissão:A fissão:
A radioatividade induzida e a transmutação artificial são
possíveis por causa do desenvolvimento de aceleradores de
partículas de alta energia como o cíclotron.

Detalhes da fissãoDetalhes da fissão
Pela lei de conservação de energia, a soma das energias
dos novos núcleos mais a energia liberada para o ambiente
em forma de energia cinética dos produtos de fissão e dos
nêutrons liberados deve ser igual à energia total do núcleo
original.
A fissão do núcleo raramente ocorre de forma espontânea
na natureza. Um aspecto importante das reações de fissão
é que elas produzem mais nêutrons do que o necessário
para iniciar o processo.

Detalhes da fissãoDetalhes da fissão
UnU 236
92
1
0
235
92 →+
nKrBaU 1
0
92
36
141
56
236
92 3| ++→
→→+ UnU 236
92
1
0
235
92 nXeSr 1
0
143
54
94
38 3++
→→+ UnU 236
92
1
0
235
92
nBaKr 1
0
139
56
94
36 3++
→→+ UnU 236
92
1
0
235
92
nXeSr 1
0
144
54
90
38 2++
Urânio 235 captura um nêutron lento ou térmico:

Desfecho histórico inicialDesfecho histórico inicial
* O guiados pelas previsões de Mendeleev e mais tarde pela
teoria atômica, foram identificados todos os elementos com
números atômicos entre 1 e 92.
* O tecnécio e o promécio radioativos, foram os dois
últimos elementos com número atômico menor que 92
(1937 e 1942).

Desfecho histórico inicialDesfecho histórico inicial
* Em 1940, o netúnio e do plutônio.
Nos dias de hoje já se conhecem cerca de 114
* O plutônio-239, pode ser utilizado como fonte de
energia. A energia nuclear liberada por uma 0,5 kg de
plutônio é equivalente à energia produzida pela combustão
de 1 500 000 kg de carvão

3- Fusão Nuclear3- Fusão Nuclear
Fusão nuclear é o processo de formação de um núcleo a
partir da colisão e posterior junção de dois núcleos
menores.
A energia cinética mínima dos núcleos para que ocorra a
fusão pode ser estimada:
R1 e R2 são os raios dos núcleos e Z1 e Z2, os respectivos números atômicos

Para um gás de prótons ou um gás de núcleos de deutério,
já ocorrem fusões se a temperatura é da ordem de 106
K
equivalem a 90 eV.
Em temperaturas da ordem de 106
K, os núcleos
correspondentes e os elétrons, não mais ligados uns aos
outros, devido à intensidade das colisões mútuas.

O que se tem é um plasma, ou seja, um gás neutro,
formado de núcleos com carga positiva e de elétrons livres;
Um plasma não pode ser confinado por qualquer recipiente,
mas pode ser mantido confinado numa certa região do
espaço por campos elétricos e magnéticos;

3.1- Energia liberada3.1- Energia liberada
Energias de ligação por núcleon dos núcleos iniciais são
menores do que a energia de ligação por núcleon do núcleo
final;
No sol, a fusão nuclear ocorre naturalmente;
Com temperaturas superiores a 107
°C, os núcleos de gás
hidrogênio se fundem formando o gás hélio e mais uma
partícula chamada nêutron.
Perda de pequena quantidade de massa que se converte
em enorme quantidade de energia.

3.1- Energia liberada3.1- Energia liberada
ProcessoProcesso

3.2- Reator de Fusão Nuclear3.2- Reator de Fusão Nuclear
É qualquer sistema físico em que se produz e se
controla uma reação nuclear de fusão em cadeia.
Embora existam vários métodos propostos e
sendo implementados para a geração de energia
por meio da fusão, ainda não existe um reator
que funcione satisfatoriamente.

ReaçõesReações
deutério-hélio 3
deutério-trítio
Liberam grande quantidade de energia por unidade de
massa

ProblemasProblemas
O hélio 3 é raro;
O trítio é muito raro e ao serem absorvidos por vários tipos
de núcleos, podem originar núcleos radioativos,
comprometendo a segurança das instalações;

Solução:Solução:
A escassez de trítio pode ser resolvida porque o trítio
pode ser produzido pelo bombardeamento de núcleos de
lítio 6 pelos nêutrons liberados num reator de fissão, de
acordo com a seguinte reação:
E os nêutrons produzidos podem ser absorvidos por
núcleos de lítio 6, segundo a mesma reação, com a
vantagem de se produzir mais trítio.

Problema MaiorProblema Maior
Incapacidade de se manter certa quantidade de plasma de
deutério e trítio num estado de temperatura e pressão
adequado para que ocorram as reações de fusão, durante
um intervalo de tempo longo o bastante para produzir uma
quantidade de energia maior do que aquela consumida no
processo.

4- Reatores Nucleares4- Reatores Nucleares

4.1- Funcionamento do Reator4.1- Funcionamento do Reator
* Combustível* Combustível
* Tubos* Tubos
* Material moderador* Material moderador
* Barras de controle* Barras de controle

4.1.1- Reator Nuclear de Fissão4.1.1- Reator Nuclear de Fissão
NúcleoNúcleo
Construído dentro de um forte recipiente de aço que
contém varetas de combustível feitas de materiais cindíveis
(físseis) metidos dentro de tubos.
Essas varetas produzem calor enquanto o combustível sofre
a cisão (fissão).

Varetas de controleVaretas de controle
Boro ou cádmio - para absorver facilmente os nêutrons -
são introduzidas e retiradas do núcleo, conforme a
necessidade de estabilizar a reação, variando a corrente de
nêutrons no núcleo, controlando o ritmo de cisão e,
portanto, o calor produzido.
ModeradorModerador
Reduz a velocidade a que os nêutrons são produzidos pelo
combustível. Percorrendo o núcleo corre um refrigerante,
líquido ou gasoso, que, ao ser aquecido pelo calor libertado,
gera vapor de água que será canalizado para turbinas.

4.3- Funcionamento do Reator4.3- Funcionamento do Reator
ControleControle

4.2- Reator Nuclear de Fusão4.2- Reator Nuclear de Fusão
Reatores de fusão ganharam grande destaque na imprensa
porque oferecem importantes vantagens em relação a
outras fontes de energia.
* Utilizarão fontes de combustível abundantes;
* Não apresentarão fuga de radiação acima dos níveis
normais de radiação de fundo;
* Produzirão menos lixo radioativo que os atuais reatores
de fissão.

4.4- Principais4.4- Principais
Principais tipos de reatores de fissãoPrincipais tipos de reatores de fissão
* LWR - Light Water Reators
* CANDU - Canada Deuterium Uranium
* HTGR - High Temperature Gás-cooled Reator

4.4- Principais4.4- Principais
Principais tipos de reatoresPrincipais tipos de reatores
* Reatores de água normal
* Reatores de alta temperatura
* Reatores reprodutores

5- Usinas Nucleares na América do Sul5- Usinas Nucleares na América do Sul
** Usinas no BrasilUsinas no Brasil
Angra I
Angra II
Angra III
* Usinas na Argentina* Usinas na Argentina
Atucha I
Atucha II
Embalse

5.1- Usinas Nucleares no Brasil5.1- Usinas Nucleares no Brasil
Fatos HistóricosFatos Históricos
* Início das pesquisas década de 50, com
Almirante Álvaro Alberto.
* 1951 criado o Conselho Nacional de Pesquisa.
* 1953 Importação duas ultra-centrifugadoras.

Fatos HistóricosFatos Históricos
* De 1953 a 1969, período obscuro e lento da
política nuclear brasileira.
* 1975 assinado acordo de cooperação nuclear
com Alemanha , compra de 8 usinas nucleares.
* Motivação militar para uso nuclear como arma.
(regime militar).

ANGRA IANGRA I
* Fabricada pela Westinghouse;
* É uma usina com reatores tipo PWR;
* Operando desde 1982.
* Potência fornecida 657 MW.

ANGRA IIANGRA II
* Fabricada pela SIEMENS;
* É uma usina com reator tipo PWR;
* Início operação 2001
* Potência de projeto fornecida 1309 MW.
* Potência atingida com atualização do projeto 1530 MW.

ANGRA IIIANGRA III
* Fabricada pela SIEMENS, agora AREVA;
* É uma usina com reator tipo PWR;
* Início previsto operações 2016.
* Potência fornercida 1350 MW.
* Máquinas todas estocadas e construção paralisada várias
vezes.

5.1- Usinas Nucleares no Argentina5.1- Usinas Nucleares no Argentina
ATUCHA IATUCHA I
* Fabrica pela SIEMENS;
ATUCHA IIATUCHA II
* Em construção;
* Previsão gerar 745 MW.

5.1- Usinas Nucleares no Argentina5.1- Usinas Nucleares no Argentina
EMBALSEEMBALSE
* Fabricada pela CANDU (Canadense);

5- Usinas Nucleares na América do Sul5- Usinas Nucleares na América do Sul
PROJETOS DE OUTROS PAÍSESPROJETOS DE OUTROS PAÍSES
ChileChile
Está em estudo desde 2007 projeto para construção de
uma usina nuclear.
VenezuelaVenezuela
Desde 2005 mostrou interesse em pesquisas nucleares e
não em construção de usinas nucleares.

6- Usinas Nucleares pelo Mundo6- Usinas Nucleares pelo Mundo

ConsumoConsumo

CombustívelCombustível

O Futuro após FukushimaO Futuro após Fukushima
Previsão: de 1970 até o ano 2000, o mundo disporia de
entre 3600 à 5000 gigawatts em capacidade nuclear.
Realidade: No fim de 2012, chegava a apenas 335
gigawatts, menos de um décimo do que se esperava.
O acidente é o mais grave desde o de Chernobyl, na
Ucrânia, ocorrido em 1986.

O Futuro após FukushimaO Futuro após Fukushima
O acidente demonstrou que o risco de acidentes é um
fantasma que continua rondando esta alternativa de
geração de energia.
AlemanhaAlemanha: reatores serão desligados até 2022.
Turquia:Turquia: abandonou o projeto de construir sua primeira
usina nuclear.
Japão e França:Japão e França: não possui alternativas e continuarão
investindo nesse setor.

7- Comparação com a Matriz energética7- Comparação com a Matriz energética
BRASILBRASIL

MUNDOMUNDO

7.1- Países mais dependentes da energia nuclear7.1- Países mais dependentes da energia nuclear
França - 77,7%
Bélgica - 54%
Eslováquia - 54%
Ucrânia - 47,2%
Hungria - 43,2%

7.2- Ranking dos países com reatores nucleares7.2- Ranking dos países com reatores nucleares
1° Estados Unidos – 104 = 99.210MW
2° França – 59 = 63.363MW
3° Rússia – 31 = 21.743MW
4° Coreia do Sul – 20 = 16.810MW
20° Brasil – 2 = 1.901MW

8- Licenciamento para Usinas Nucleares8- Licenciamento para Usinas Nucleares
* Nuclear (CNEN)* Nuclear (CNEN)
Norma NE 1.04 - Licenciamentos de Instalações
Nucleares, nas quais a CNEN analisa e aprova a
documentação pertinente.
CNEN (Comissão Nacional de Energia Nuclear)
* Ambiental (IBAMA)* Ambiental (IBAMA)
Lei nº 6.938/81, que estabelece as diretrizes da
Política Nacional de Meio Ambiente.
IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos
Recursos Naturais Renováveis)

Licenças e autorizaçõesLicenças e autorizações
* Aprovação do Local;
* Licença de Construção,
* Autorização para Utilização de Material Nuclear,
* Autorização para Operação Inicial e
* Autorização para Operação Permanente.

O Licenciamento ambiental possui três etapasO Licenciamento ambiental possui três etapas
distintas:distintas:
1- Licença Prévia (LP)1- Licença Prévia (LP)
Planejamento da implantação;
Alteração ou ampliação do empreendimento.
2- Licença de Instalação (LI)2- Licença de Instalação (LI)
Autoriza o início da obra ou instalação do empreendimento.
3- Licença de Operação (LO)3- Licença de Operação (LO)
Antes de o empreendimento entrar em operação.
Cumprimento de todas as exigências e detalhes técnicos
descritos no projeto aprovado.

8.1- Licenciamento usinas do Brasil8.1- Licenciamento usinas do Brasil
8.1.1- Licenciamento Angra I8.1.1- Licenciamento Angra I
* Aprovação do Local– Ofício CNEN no 190/70 de
27/04/1970
* Autorização para Instalação– Portaria CNEN n° 416 de
13/07/1970
* Licença de Construção: Ofício CNEN 82/74 de 02/05/74
* Autorização para Operação Permanente (AOP): Ofício
CNEN n° 124/10 de 09/08/2010
* PCA protocolado no IBAMA em 05/03/2009.

8.1.2- Licenciamento Angra II8.1.2- Licenciamento Angra II
* Autorização para Construção: Despacho PR-4840/74 de
03/06/74;
* Aprovação de Local: Ofício CNEN n° 110/76 de 22/11/76;
* Licença de Construção: Resolução CNEN n° 16/81 de
13/11/81;
* Autorização de Operação Inicial (14ª Renovação):
Portaria CNEN/PR n° 068/10 de 23/07/2010;
* Licença de Operação n° 047 de 29/07/1999 e renovada
em 28/07/2000 por 3 meses. Esta licença foi emitida
somente para a realização do comissionamento da Usina.

8.1.3- Licenciamento Angra III8.1.3- Licenciamento Angra III
* Possui LP (60 Condicionantes) e LI (46 Condicionantes)
em fase de atendimento;
* Licença Prévia n° 279 de 23/07/2008;
* Licença de Instalação n° 591 de 05/03/2009 (retificada
em 02/12/2009);
* Aprovação do Local – Ofício CNEN n° 19/80, de 14/04/80,
Resolução CNEN nº 011/02, 19/09/2002.
* Licença de Construção - Resolução CNEN nº 077/10 de
25/05/2010.

8.2- Lixo Nuclear8.2- Lixo Nuclear
O lixo nuclear é o material radioativo já usado, que precisa
ser descartado com segurança.
É extremamente perigoso, pois emitem ondas de alta
frequência, chamadas radiação, capazes de danificar
tecidos vivos.
Parte do lixo pode ser reprocessada para a produção de
novo combustível nuclear, mas o restante tem de ser
enterrado, ou tratado em usinas especiais.
Guardar o lixo nuclear é difícil, porque há sempre o perigo
de um vazamento.

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