O bservatório N acional

Ministério da Observat rioó

Edição: 04/2009 A partir de 15 anos

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e l o

C

Presidente da República

Luiz Inácio Lula da Silva

Ministro de Estado da Ciência e Tecnologia

Sergio Machado Rezende

Secretário - Executivo do Ministério da Ciência e Tecnologia

Luiz Antônio Rodrigues Elias

Subsecretário de Coordenação das Unidades de Pesquisa

Carlos Oití Berbert

Diretor do ON

Sergio Luiz Fontes

Observatório Nacional - MCT

Rua General José Cristino,77 Cep:20921-400

Rua General Bruce, 586 CEP 20921-030 São Cristóvão Rio de Janeiro - RJ Brasil Fone: 21 2580 6087 PABX:21 3504 9100 FAX: 21 2580 6041

Criação e desenvolvimento da revista

Divisão de Atividades Educacionais - DAED Dr. Antares Kleber (Idealizador das séries de revistas) Luzia Ferraz Penalva Rite

Thiago Moeda Sant'Anna Rodrigo Cassaro Resende

Vanessa Araújo Santos (Estagiária) Igor Cordeiro de Souza Jardim (Estagi rio)

Revisão Técnico-Científica

Carlos Henrique Veiga

Dalton de Faria Lopes (Pesquisador da Coordenação de Astronomia e Astrofísica) Edilene Ferreira

á

Dr. (Chefe da Divisão de Atividades Educacionais) Dr.

Programação Visual

Edilene Ferreira

O Observatório Nacional não se responsabiliza pelos dados e opiniões expressos nesta publicação, sendo estes de inteira responsabilidade dos autores. A revista já está utilizando as alterações introduzidas na ortografia da língua portuguesa.

As informações que constam nesta revista foram atualizadas até a data desta edição. Caros Leitores,

Esta série de revistas, editadas pela Divisão de Atividades Educacionais do Observatório Nacional/MCT, projeto apoiado pelo Conselho de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq, tem como meta a difusão de informações gerais sobre os vários temas da Astronomia. Levar o leitor ao pensamento científico, à imaginação e à criação, atraindo-o a pesquisar os conceitos aqui abordados ou sugeridos, é um dos objetivos desta publicação.

Boa Leitura! Divisão de Atividades Educacionais (DAED)

Ministério da Ciência e Tecnologia Observat rioó

Todos os dias, logo de átomos. Os fenômenos que manhã, somos saudados pelo ocorrem no interior da matéria, brilho do Sol. Essa é a estrela ou melhor ainda, no interior dos mais próxima de nós, aquela á t o m o s , t ê m a s p e c t o s que, por meio de sua energia, m u i t í s s i m o p a r t i c u l a r e s , faz com que possa existir vida característicos e, algumas n a Te r r a . D i a r i a m e n t e vezes surpreendentes. A física

s e n t i m o s , d e que ocorre bem no

alguma forma, a interior da matéria, na

energia emitid a região que chamamos

pelo Sol. Basta de “nível microscópico”

irmos para o lado ou “nível atômico”, é

ensolarado de uma m u i t o d i f e r e n t e

rua que sentiremos, d a q u e l a , c u j a s

imediatamente, a ação da c o n s e q u ê n c i a s , e s t a m o s energia solar sobre a nossa acostumados a ver no nosso pele, sob a forma de calor. mundo macroscópico, aquele Não apenas o Sol, mas todas cujas escalas vão do milímetro as estrelas que vemos, aos milhares e milhares de pontilhando o céu, em uma quilômetros. Entretanto, noite sem nuvens, mostram embora a matéria "normal" seja que a liberação de energia é c o mp o s t a d e át o mo s e algo contínuo na vida delas. moléculas, a maioria dela não Logo, vem à mente várias se apresenta desta forma no perguntas: que energia é essa? Universo e sim, na forma de

Como ela se forma? “plasma”, um gás formado por

Para entendermos como isso p a r t í c u l a s c a r r e g a d a s , ocorre, precisamos conhecer, principalmente de prótons e de um pouquinho, a estrutura do elétrons.

átomo.

O que é o átomo?

Os blocos construtores básicos da matéria "normal", aquela que vemos espalhada por todo o Universo, são os

As estrelas

Cercados de reações

nucleares

Se permanecermos muito tempo expostos ao Sol,

ou seja, à sua energia, certamente teremos problemas

O modelo de Bohr

para o átomo

Em 1915, o prêmio Nobel plenamente satisfatório para dinamarquês, Niels Bohr, uma grande parte da nossa apresentou um modelo que discussão. No modelo atômico descrevia o átomo, e que foi proposto por Bohr, partículas chamado de "átomo planetário" chamadas nêutrons e prótons, ou "modelo de Bohr". ocupam uma região central e O modelo do átomo, densa do átomo, chamada proposto por Bohr, não é núcleo atômico. Em torno desse inteiramente correto e não núcleo outras partículas, os representa a visão atual que os elétrons, descrevem órbitas. A físicos possuem sobre o interior atração elétrica entre os da matéria. p r ó t o n s ( c a r g a e l é t r i c a No entanto, ele tem vários positiva) e os elétrons (carga a s p e c t o s q u e s ã o elétrica negativa) é um dos aproximadamente corretos, é processos que dá estabilidade mais fácil de ser entendido e é ao átomo, mantendo-o unido.

Nucleo do átomo de Bohr

Órbitas dos elétrons “O modelo do átomo, proposto

Esta descrição se assemelha, aproximadamente, permanecem em alguns aspectos, àquela que confinadas a um plano (o plano fazemos do nosso Sistema Solar, da eclíptica) enquanto que, no onde os planetas estão em caso do átomo, as órbitas dos órbita, em torno do Sol, e a força elétrons não estão confinadas a da gravidade mantém o conjunto nenhum plano. Além disso, os

em equilíbrio. planetas são mantidos em órbita

No entanto, fazer uma graças à força gravitacional, analogia, sem restrições, entre o enquanto que os elétrons são Sistema Solar e o átomo de Bohr mantidos circulando, em torno não é correto, uma vez que os do núcleo graças à força planetas estão em órbitas que, eletromagnética.

“Os planetas estão em órbitas que, aproximadamente, permanecem confinadas a um plano (o plano da eclíptica).”

“As órbitas dos elétrons não estão confinadas a nenhum plano. Note que eles se deslocam em qualquer direção.”

Outro ponto importante é que, para magros, novos ou velhos. Nessa nossa o estudo do interior da matéria, descrição, aproximada, podemos consideramos que é válido o princípio considerar o elétron como sendo uma de que as partículas, de um partícula puntiforme, sem extensão determinado tipo, são indistinguíveis. e s p a c i a l , c u j a s p r o p r i e d a d e s Com isto queremos dizer que, um intrínsecas são as mesmas para todos elétron é sempre igual a outro elétron. eles, independentemente da situação Não existem elétrons gordos ou física em que ele se encontre.

Existem outros aspectos, analogia, séria, entre os mais complexos, que anulam constituintes atômicos e os completamente qualquer planetas do Sistema Solar. O tentativa de analogia entre o tamanho típico de um núcleo Sistema Solar e o átomo de _{atômico é centímetros,} B o h r. A l é m d i s s o, e s t á _{com os elétrons descrevendo} completamente errado, sob o _{órbitas a uma distância (raio)} ponto de vista da física _{de aproximadamente:}

moderna, pensar que o átomo é formado por diminutas

"bolinhas", às quais damos os _{Isto quer dizer que, o raio} nomes de prótons, nêutrons e _{do núcleo, é cerca de 100.000}

elétrons. _{vezes menor do que o raio do}

Os novos conhecimentos, _{átomo inteiro. Este dado é} sobre o comportamento das _{importante para que você} p a r t í c u l a s s u b a t ô m i c a s , _{tenha a noção correta de como} i m p o s s i b i l i t a q u a l q u e r _{a matéria é "vazia".}

-13

10

-8

10 centímetros = 1 Ångstrom (1 Å).

1 fm

Átomo

Núcleo

A tabela acima nos mostra ele possui, é exatamente igual que, a maior parte da massa ao número de prótons, dos átomos reside nos prótons carregados positivamente. Os e nêutrons, que ocupam a nêutrons por não possuírem região central mais densa do uma carga final, não participam átomo, que é chamada de nessa conta.

n ú c l e o a t ô m i c o o u , Mas, afinal, qual é a simplesmente, núcleo. "missão" dos nêutrons no Se os átomos são formados i n t e r i o r d e u m á t o m o ? por partículas com carga Experimentalmente, verifica-elétrica positiva (prótons) e se que o número de nêutrons é, com carga elétrica negativa aproximadamente, igual ao (elétrons), qual é a sua carga número de prótons nos núcleos total? Os átomos têm carga estáveis leves. No entanto, o positiva ou negativa? Na número de nêutrons cresce verdade os átomos são rapidamente e é cerca de duas eletricamente neutros, por que vezes maior do que o número o n ú m e r o d e e l é t r o n s de prótons, nos núcleos carregados negativamente que estáveis mais pesados.

Partícula Símbolo Carga Elétrica Massa

negativa

-19

(1,60 x 10 C) 9,11 x 10 kg-31

Elétron

p

+ positiva(igual à do elétron)

-27

1,67 x 10 kg

(cerca de 1836 vezes maior que a do elétron)

Próton

n°

sem carga 1,68 x 10-27 kg

(quase igual à do próton)

Nêutron

e-A= 22₀

20₀ 210

19₀ 17₀ 15₀ 80 1 16₀ 14₀ 13₀ 11₀ 12₀ 10₀ 90 80 70 60 50 40 30 20 N=Z A= 11₀ 70 80 90 10₀

0

7 80 90 100

10 20 30 40 50 60 70 80 110 100 90 120 130 140 150 N me de N u ron N ú ro ê t s

0 10 20

me ô

Nú ro At mico Z 30 40

50 60

30 40 50 60

Fe

0 10 20

A partir do fato de que os á t o m o s , e m g e r a l , s e apresentam eletricamente neutros, ou seja, não possuem carga elétrica resultante, o número de prótons no núcleo tem que ser igual ao número de elétrons, que estão em órbita em torno deste núcleo. Daí, podemos dizer que o número atômico nos dá o número de prótons no núcleo de um determinado átomo, ou o número de elétrons nas respectivas órbitas em torno desse núcleo.

O número total de prótons e nêutrons, que formam um determinado núcleo atômico, é chamado de número de massa do átomo e é representado pela letra A. Representando, com a letra N, o número de nêutrons, temos que o número de massa é dado por:

A = Z + N

elemento original, mas um número diferente de nêutrons. Assim, os isótopos de um elemento têm o mesmo número atômico Z, mas diferem em seus números de massa A.

U m m e s m o e l e m e n t o químico pode ter vários isótopos, todos eles diferindo a p e n a s n o n ú m e r o d e nêutrons, N, que constituem seus respectivos núcleos. Por exemplo, o hidrogênio, o elemento químico que existe em maior quantidade no Universo, possui isótopos com nomes característicos.

O isótopo de massa 2, do hidrogênio, é chamado de deutério ou hidrogênio pesado, enquanto que, o isótopo de massa 3, é chamado de trítio ou trício.

Observe que o núcleo do hidrogênio é formado por um Chamamos de isótopo de próton apenas, o núcleo do um elemento, o átomo que tem deutério é formado por um o mesmo número de prótons e, próton e um nêutron e o do consequentemente, o mesmo trítio, inclui um próton e dois

número de elétrons que o nêutrons.

Hidrogênio Deutério Trítio

- -

-+ + +

N N_N

e

Tirando energia

dos átomos

Fissão Nuclear

Fusão Nuclear

To d o s o s á t o m o s possuem energia. Existem vários processos capazes de fazer com que energia seja liberada por um átomo. Um desses processos é a chamada reação nuclear.

Existem dois tipos de reações nucleares:

Fissão Nuclear e

Fusão Nuclear.

Veja que, nesse caso, o n ú c l e o a t ô m i c o d e u m elemento químico M, com número atômico Z (número de

Fissão Nuclear

Dizemos que ocorre uma fissão nuclear quando um núcleo atômico se divide em duas partes.

Vamos representar, com a letra M, qualquer elemento químico da tabela periódica, sendo que suas propriedades são definidas pelo valor de seus números atômico Z e de massa A. Considere agora um elemento qualquer M, com número atômico Z e número de massa A. Sua fissão nuclear seria representada por:

A A1 A2

M —> M + M

Z Z1 Z2

onde

Z=Z1+Z2 e A=A1+A2

prótons existente no núcleo do átomo) e com número de massa A (número de prótons somado com o número de nêutrons existentes no núcleo do átomo) é dividido em dois outros núcleos M, diferentes, com números atômicos Z1 e Z2 e números de massa A1 e A2, respectivamente.

Repare que a fissão nuclear Isso aumenta o número de só ocorre com núcleos de m a s s a d o e l e m e n t o elementos pesados, pois só transformando-o num isótopo eles têm condição de se dividir instável que, em seguida, se em núcleos mais leves. Para rompe, dando origem a dois realizar esse processo é outros elementos e liberando necessário incidir nêutrons outros nêutrons, como mostra contra um núcleo pesado. a figura a baixo.

92

Kr

235

U

236

U

Próton

Nêutron

Positron

ã

Raio Gama

í

Neutrino

A1 A2 A

M + M —> M

Z1 Z2 Z

onde

Z1+Z2=Z e A1+A2=A

ã

ã

í

í

-e

-e

Fusão Nuclear

A fusão nuclear ocorre quando dois núcleos atômicos se combinam (ou se fundem) em um único núcleo. Sejam agora dois elementos: um deles se caracteriza por ter

número de massa A1 e número Note que agora temos o atômico Z1, enquanto o outro processo “inverso” da fissão tem número de massa A2 e nuclear: no caso da fusão

número atômico A2. nuclear, núcleos leves se

combinam, criando um núcleo com maior número atômico e maior número de massa. S u a f u s ã o n u c l e a r é

4

_He

3

T ( H)

3,5 Mev

,

14 1 Mev

5

_He

2

D ( H)

No processo de fusão núcleo de deutério com um de nuclear, em geral, o núcleo trítio, ambos isótopos do resultante da combinação de hidrogênio.

ESTRELAS

E

ENERGIA NUCLEAR

A energia é produzida no Sol O Sol é o maior corpo de todo por meio de processos de o Sistema Solar. Ele contém reação nuclear. Antes de mais de 99,8% da massa total discutirmos esse assunto do sistema que o acompanha. A vamos falar, um pouco, sobre a maior parte da massa restante

estrutura do Sol. está contida no planeta Júpiter.

O Sol é apenas uma entre Devido a isso, o centro de mais de 200 bilhões de estrelas massa do Sistema Solar, está que fazem parte da nossa localizado bem dentro do Sol. Galáxia. Com um diâmetro de O Sol não é um corpo rígido c e r c a d e 1 . 3 9 0 . 0 0 0 como a Terra. Por ter uma quilômetros, o Sol tem uma estrutura que, na sua maior temperatura de 5800º na sua parte, é gasosa, ele não gira de superfície. No entanto, no seu maneira uniforme. A superfície centro, a temperatura atinge o do Sol, na região do equador, fantástico valor de 15 milhões gira uma vez a cada 25,4 dias.

de graus centígrados No entanto, próximo aos polos,

O Sol é uma estrela normal, a rotação diária, de sua amarelada. Na sua fase atual, superfície, leva cerca de 36 75% da massa do Sol é dias. A este tipo de rotação hidrogênio e quase 25% é hélio. damos o nome de rotação Todos os outros elementos, diferencial. No entanto, a juntos, representam apenas região central do Sol gira como

0,1% da massa do Sol. um corpo sólido.

No detalhe, podemos perceber as protuberâncias

A região central do Sol tem em todo o Sol. Não é difícil apenas 347.500 km de imaginar que a região central da diâmetro, cerca de 25% do nossa estrela é muito densa. Ali tamanho total do Sol (1.390.000 o gás hidrogênio está sendo km de diâmetro). Veja só que comprimido fortemente, e as interessante: é nessa pequena temperaturas, como já vimos, região que ocorre a produção de são extremamente elevadas, energia nuclear da estrela e não, atingindo milhões de graus.

Mas, como é

a região central

É aí que acontece uma da estrela e, no fim das contas, das formas de reação nuclear é liberada no espaço.

que vimos anteriormente. É por meio de processos

Nessa região tão densa e tão de fusão nuclear que as quente, o gás hidrogênio, que estrelas geram sua energia. forma a maior parte do Sol, Mas é só isso? Um núcleo de está bastante comprimido. hidrogênio se funde com outro Nessa temperatura já é núcleo, com outro, com outro... possível acontecer reações sempre liberando energia? nucleares, envolvendo os Bem, existem mais coisas

átomos do hidrogênio. nesse processo de fusão

nuclear e, são elas, que tiram essa “monotonia” da vida das estrelas.

Uma estrela não é um corpo formado somente por um Vimos que a fissão único gás. Vimos que o Sol nuclear exige que o núcleo de possui 75% de hidrogênio e um átomo seja dividido em 25% de hélio. Poderíamos ser núcleos menores. Ocorre que o levados a supor que o processo átomo de hidrogênio tem o de fusão nuclear ocorreria para menor núcleo atômico entre cada um dos elementos e todos os elementos químicos pronto! Aqui temos a fusão existentes no universo. Seu nuclear do hidrogênio, ali a núcleo é composto fusão nuclear do hélio, etc. Não

por um próton. é assim! Para que possa

Como, então, ele poderia acontecer um processo de ser dividido em núcleos fusão de um determinado menores? Não pode! Não há elemento químico, é necessário como fazer isso! Concluímos que uma certa temperatura, que o átomo de hidrogênio não seja atingida no interior da pode sofrer um processo de estrela.

fissão nuclear. Resta então a fusão nuclear, essa sim é possível. Núcleos do átomo de hidrogênio podem ser reunidos e formarem outros elementos l e v e s . E s s e p r o c e s s o , conhecido por fusão nuclear, ocorre no interior das estrelas.

Todo processo de fusão de núcleos atômicos produz energia, e é essa energia que cruza toda a extensão do corpo

Mas, qual delas?

Fusão ou fissão?

somente

É por meio de processos de fusão

nuclear que as estrelas produzem

Você vai entender logo isso, assim

que alguns pontos forem esclarecidos.

1) Em primeiro lugar, uma ocorre primeiro que a dos outros estrela não possui uma átomos que existem no interior

temperatura única. de uma estrela.

Como vimos anteriormente, o Poderíamos ser levados a Sol possui uma temperatura pensar o seguinte: “em algum muito mais baixa na superfície lugar a temperatura é suficiente do que no seu centro. Isso nos para fundir o hidrogênio, mas leva a concluir que, ao longo de em algum outro lugar, ela seria todo o corpo do Sol, a necessária para fundir o hélio e temperatura vai diminuindo, assim por diante”. Esse gradualmente, do centro para a raciocínio está errado porque, superfície. Dizemos, então, que primeiro, a temperatura da h á u m “ g r a d i e n t e d e estrela diminui do seu centro temperatura” no interior do Sol. para sua superfície. Se ela não é quente o suficiente, no seu 2) Em segundo lugar, a fusão centro para fundir o hélio, então nuclear, para cada elemento, não haverá nenhuma outra d e p e n d e f o r t e m e n t e d a região com temperatura, temperatura existente. suficiente, para fazê-lo. Em A temperatura necessária para segundo lugar, as reações fazer a fusão nuclear, dos n u c l e a r e s p o r e x i g i r e m diferentes átomos, varia muito, temperaturas extremamente sendo maior à medida que altas para serem realizadas, só átomos mais pesados estão ocorrem na região bem central envolvidos. Assim, hidrogênio, da estrela, ou em finas camadas hélio, carbono, oxigênio, silício, que envolvem essa região. Fora etc, todos possuem temperaturas dessa região não há processos

de fusão diferentes. nucleares.

Quanto mais pesado é um átomo, mais elevada é a temperatura necessária para fazer com que dois de seus átomos se fundam. Mais uma vez vemos que o átomo de hidrogênio por ser o elemento mais leve que existe, tem a mais baixa temperatura de fusão que conhecemos. É por esse motivo que a fusão do hidrogênio

Vamos ver, então, como ocorre o processo de produção de energia no

A cadeia próton-próton

ou cadeia p-p

a

1 fase:

+

p + p —> d + e + í

e

a

2 fase:

3

p + d —> He + ã

a

3 fase:

3 3 4

He + He —> He + p + p

A cadeia p-p pode ser descrita da seguinte forma:

Ao caminho, ou seja, a Eventualmente, o deutério cadeia de reações nucleares, pode se fundir com outro segundo a qual o processo de núcleo de hidrogênio. É isso fusão do hidrogênio pode ser que nos mostra a segunda realizado, damos o nome de fase: um núcleo de hidrogênio “cadeia p-p”. Aqui estamos (p) reagiu com o deutério (d) e

3

c h a m a n d o o n ú c l e o d o deu origem ao hélio-3 ( He) e hidrogênio de “p”, uma vez que fótons ( ). Agora é o hélio-3

3

( He) que está em liberdade. ele é formado por um solitário

L e m b r e - s e q u e e s s e s próton.

processos estão acontecendo O que isso quer dizer?

ao mesmo t empo, c om A primeira fase nos informa

inúmeros núcleos atômicos que que um núcleo de hidrogênio (p)

formam o gás da região central fundiu-se (reação de fusão) com

da estrela. outro núcleo de hidrogênio,

Em algum momento o dando origem ao deutério “d”

3

núcleo de hélio-3 ( He) se ( q u e é u m i s ó t o p o d o

+ _{funde com um outro núcleo de}

hidrogênio), um antielétron e

hélio-3, dando origem a um (antipartícula do elétron) e um

4

núcleo de hélio-4 ( He) e dois neutrino associado ao elétron

núcleos de hidrogênio (p + p), ( ). Essas partículas ficam livres

como mostra a terceira fase no gás que forma a região

acima. central da estrela.

ã

Veja na figura abaixo que para _{. Ou seja: a estrela} a realização da 3ª fase da _{gasta seis prótons para realizar} cadeia p-p (fusão de dois _{a 3ª fase da cadeia p-p. A 1ª}

3

átomos de

He)

precisamos fase gasta dois prótons e a 2ª que as duas reações iniciais (1ª fase gasta um próton.

e 2ª fases) ocorram duas Como essas duas fases têm

vezes. que ocorrer duas vezes para

3

Na primeira vez é produzido _{produzir dois núcleos de}

_He

_{, a}

3

um átomo de

He,

e na _{estrela gastará seis prótons} segunda vez, mais um átomo _{nesta produção.}

3

de

He

Note também que, na terceira fase da cadeia p-p, os

3

dois átomos de

He

reagem, produzindo um átomo de

4

He e dois prótons. Isto quer dizer que dois prótons são recuperados pela estrela. Como ela havia gasto inicialmente seis prótons para produzir os dois átomos de

3

He e agora “fabricou” dois prótons, vemos que, na verdade, apenas 4 núcleos de hidrogênio são gastos em cada cadeia p-p completa.

Existem alguns aspectos muito interessantes na realização da cadeia p-p. Vejamos alguns:

+ =

+ = + +

+ =

a

2 fase:

a

1 fase:

a

3 fase:

+

e

í

e

ã

4

He H H

+ +

Isótopo estável de He4

No centro de uma estrela Por que as reações

c o m o o S o l , q u e e s t á nucleares não continuam?

realizando a cadeia p-p, o

tempo que um átomo de _{Elas param porque o é}

hidrogênio (um próton) leva _{um elemento muito estável, a}

7

para colidir com outro átomo _{uma temperatura de}

₁₀

de hidrogênio, formando o _{Kelvins, que é a temperatura} dêuteron (d) da primeira fase _{no centro do Sol. Nessa} d e s t a r e a ç ã o , é

temperatura os átomos de aproximadamente 1010 anos.

n ã o r e a l i z a m r e a ç õ e s O Sol ainda está brilhando, pois

nucleares. a primeira fase da cadeia p-p é

Você pode transformar um processo muito lento. Se

graus Celsius em temperatura essa fase fosse mais rápida, o

Kelvin usando a expressão: Sol já teria parado de queimar

t(ºC)= T(K) -273,15º). hidrogênio há muito tempo!

No entanto, a segunda fase da cadeia p-p, que ocorre entre o dêuteron (d) e o próton (p)

3

produzindo o

He

, é muito rápida. Um dêuteron, no centro do Sol, vive apenas 1 segundo antes de reagir com um próton.

Os neutrinos, , que são produzidos no interior das estrelas escapam rapidamente delas. No caso do Sol, os neutrinos produzidos na sua região central, alcançam sua superfície e saem para o meio interplanetário, em apenas 2 segundos. Note que o resultado

4

final da cadeia p-p é o

He

.

í

e

4

_He

4

_He

Você sabia... ...que um fóton (menor

quantidade de luz) produzido no núcleo do Sol leva

aproximadamente 1 milhão de anos para

Veja alguns fatos interessantes

sobre o ciclo CN.

Em primeiro lugar, porque de “ciclo”, que é iniciado pelo carbono e produz carbono este conjunto de reações do

como elemento final. No caso carbono é chamado de "ciclo" e

da queima do hidrogênio o que as reações nucleares de

acontece é uma "cadeia" de queima do hidrogênio são

reações. chamadas de "cadeia"? Veja

M a s n o t e u m a c o i s a que no caso da queima nuclear

interessante: o ciclo CN do hidrogênio, a cadeia p-p, o

começa a partir de ...carbono! conjunto de reações inicia com

Isso quer dizer que o ciclo CN a reação entre dois prótons

só acontece em estrelas que já (dois núcleos de hidrogênio) e

possuem uma quantidade, apresenta um produto final _{razoável, de carbono no seu} completamente diferente, o _{interior! Concluímos, então,}

4

_He.

que essa estrela foi formada a

No caso da queima do partir de gás interestelar,

carbono, a reação nuclear _{enriquecido pelos resíduos}

começa com o carbono e tem _{gasosos, lançados ao espaço}

4 _{pela explosão de alguma outra}

como resultado final o

He

e,

estrela, fenômeno esse que novamente carbono. Esta é a

chamamos de formação de razão pela qual chamamos este

4

As estrelas evoluem e

_He,

_{como elemento final das}

produzem no seu interior _{reações. Isto quer dizer que}

elementos pesados. Quando _{esses processos nucleares,}

e l a s e x p l o d e m , e s s e s _{seja a cadeia p-p ou o ciclo CN,}

elementos são lançados no _{deixarão como resíduo, no}

meio interestelar e, se ela _{interior da estrela, um núcleo}

4

estiver próxima ou dentro de _{inerte de}

_He

_{(inerte porque}

uma nuvem molecular gigante, _{ele não tem condições de}

a onda de choque, resultante _{realizar reações nucleares).}

desta explosão pode comprimir _{Veja também que, assim}

o gás, suficientemente, de _{como na cadeia p-p, no ciclo CN} modo a dar início ao processo _{q u a t r o p r ó t o n s s e r ã o} de formação de novas estrelas. _{destruídos para dar origem ao}

Como o meio interestelar foi 4

carbono e ao

He

final. contaminado pelos elementos

pesados da estrela que explodiu, as novas estrelas t e r ã o e s t e s e l e m e n t o s químicos no seu interior.

Note que, tanto a cadeia p-p como o ciclo CN, produzem

Próton

Nêutron

Pósitron

ã

Raio Gama

Note, também, que os dois para uma estrela com 1,5 processos nucleares, cadeia p-p massa que o nosso Sol (ou seja e ciclo CN podem ocorrer, 1,5 massas solares), o ciclo CN simultaneamente nas estrelas e, já é responsável por 73% da dependendo de suas massas, energia produzida no centro da um deles se torna dominante. estrela e por, aproximadamente, Por exemplo, para as estrelas metade da sua luminosidade que estão no intervalo entre 1 e total. Para uma estrela com 1,7 3 massas solares (

M

_sol), a fração massas solares (1,7

M

_sol), e de luminosidade, produzida pela também para aquelas com mais queima nuclear no ciclo CN é de massa ainda, o ciclo CN apenas alguns porcento para as claramente domina o processo

de produção de energia. estrelas com 1

M

_sol. No entanto,

A este processo nuclear que envolve o hélio

damos o nome de “processo triplo-alfa”.

4

_{He + He + He —> C + (7,5 eV)}

4 4 12

1. Veja que essa reação 2. Por que o nome

triplo-nuclear envolve três núcleos de alfa? Por que "triplo" é óbvio:

4 4

são três núcleos de

He

que He. Isso nos mostra que essas

reações só podem ocorrer no colidem para realizar a reação. interior das estrelas, após a O nome "alfa" vem do fato de fase de reações nucleares da que, os núcleos de hélio,

cadeia p-p ou do ciclo CN, que também são conhecidos como

produz esses elementos. partículas alfa.

Vejamos algumas características do processo triplo-alfa:

He

4 8

Be

4

He

C

12

He

4

ã

ã

ã

O processo triplo-alfa é A taxa de produção de muito sensível às variações de energia do processo triplo-alfa temperatura. A taxa de é, enormemente, maior do que produção de energia pelo aquelas apresentadas pela processo triplo-alfa é dada por: cadeia p-p ou pelo

40

å ~ T

3á ciclo

Isso nos diz que uma _{Do mesmo modo como}

p e q u e n a v a r i a ç ã o d e _{a c o n t e c e u c o m a} temperatura, irá provocar uma _{transformação de hidrogênio} enorme mudança na taxa de _{em hélio, os resíduos da} produção de energia da estrela _{transformação de hélio, ou}

40

(como exemplo compare 2 _{seja, o carbono, vão se}

4 0

com 2,0001 e veja a _{acumulando na região central} diferença. Imagine qual seria _{da estrela.}

essa diferença se, em vez de 2 _{Ela passa a ter, agora, um} elevado à potência 40, você _{núcleo de carbono inerte, pois o} tivesse um valor de T, que _{carbono só consegue ter} corresponde a alguns milhões _{reações nucleares quando a}

9

de graus!). _{temperatura é de 10 Kelvins.}

6

(å ~ T )

pp 14

CN

(å ~T ).

cn

4

_He

12

C

Assim como aconteceu com Consequentemente, o gás

o hidrogênio, em algum da estrela aquece cada vez

momento, o hélio existente no mais, até que a região central interior da estrela irá acabar. O dela atinge a temperatura

que ocorre então? necessária para dar início às

Algo similar ao que foi reações de fusão nuclear do

descrito antes! Quando a carbono.

quantidade de hélio diminui, de Mas nesse momento a

modo sensível, no interior da história futura da estrela vai estrela, esta começa a contrair. depender muito de sua massa.

- Se a estrela tem uma A superfície da estrela massa M, menor do que: c o n t i n u a a e x p a n d i r, transformando-a numa estrela gigante. Como o resultado do seu processo de expansão contínua, a estrela não E s s a s e s t r e l a s e s t ã o

consegue manter o seu contraindo o núcleo muito

envoltório e o ejeta no espaço. lentamente.

O destino desse tipo de Como consequência disso, a

estrela é se transformar em temperatura da sua região

uma nebulosa planetária. central vai aumentando

gradativamente, mas muito pouco. O gás que está nessa região vai se tornando bem mais aquecido do que aquele mais próximo à superfície.

Forma-se então, nessa região central, bolhas de gás muito aquecido, que se deslocam na direção da superfície.

São essas bolhas o principal processo de transporte de energia, entre as regiões mais centrais da estrela e a sua superfície.

Esse processo é chamado de convecção e é, em todos os aspectos, semelhante àquele que vemos quando aquecemos uma panela de água.

0,8 M (M < 0,8 M )sol sol

Para estudar melhor como se dá o processo de evolução das estrelas, vamos separá-las, segundo as características finais dessa evolução. Em geral, consideramos que as estrelas com massa M < 3

M , _sol . Aquelas com massa, no intervalo

3 M < M < 10 M , _{sol sol} . Obviamente

as estrelas com massa M > 10 M sol .

são estrelas de pequena massa

são estrelas de massa intermediária são estrelas de grande massa

- Se a estrela tem massa no violenta explosão do núcleo, o

intervalo entre: processo conhecido como "flash

do hélio". Embora seja uma explosão violenta, a estrela não Nessas estrelas o núcleo é destruída. A explosão fica contrai bastante e aquece. confinada à região nuclear e, Quando a temperatura na região como a temperatura abaixa central dessas estrelas atingir muito, o processo triplo-alfa

termina. Kelvins, um novo tipo

A partir daí, a estrela volta a de reação nuclear, dessa vez

se contrair até que, em um envolvendo o hélio, irá ocorrer.

determinado momento, a Esse é o processo “triplo-alfa”

temperatura no seu centro, de discutido acima. Voltamos a

8

novo, atinge 10 Kelvins. Mais lembrar que a temperatura tem

uma vez, tem início o processo que ser suficientemente grande,

triplo-alfa no interior da estrela para que os núcleos de hélio

só que, desta vez, como um superem a barreira elétrica

processo controlado, queimando repulsiva, que existe entre eles,

hélio e o transformando em e possam se fundir. O resultado

carbono. dessa fusão é um novo elemento

Já vimos que, do mesmo químico, o carbono.

modo como aconteceu com a Cada reação triplo-alfa libera

transformação de hidrogênio em 7,5 eV. Isso faz com que a

h é l i o , o s r e s í d u o s d a t e m p e r a t u r a d o n ú c l e o

transformação de hélio, ou seja, a u m e n t e , a u m e n t a n d o

o carbono, vão se acumulando enormemente a taxa de

na região central da estrela. produção nuclear (que depende

40 _{Depois de alguns milhões de}

da temperatura como

T

!), que

anos essa estrela passa a ter um libera, cada vez mais, energia de

núcleo de carbono inerte, uma 7,5 eV, que aumenta, ainda

vez que o carbono só consegue mais, a temperatura do núcleo,

ter reações nucleares quando a que aumenta, ainda mais, a taxa

9

temperatura é de 10 Kelvins. de produção de energia, etc.

Algumas horas, após o começo do processo triplo-alfa, há uma

8

T ~ 10

E m u m d e t e r m i n a d o momento a estrela esgota o seu conteúdo de hélio. A c o n t e c e , e n t ã o , t u d o exatamente igual ao processo descrito anteriormente para a transformação de hidrogênio em hélio. A estrela, agora com uma região central de carbono sólido, se transforma em uma estrela gigante e ejeta a maior parte do seu envoltório gasoso, t ra n s f o r m a n d o - s e n u m a nebulosa planetária.

Estrelas de massa intermediária

Uma estrela situada no Em algum momento a

intervalo de massa de: temperatura da região central deverá atingir a temperatura

9

também realiza a queima do de T ~ 10 Kelvins.

hélio, com a consequente Esta temperatura já é formação de um núcleo de suficiente para dar início a um carbono. Só que, neste tipo de novo conjunto de reações estrela, o núcleo continua a nucleares envolvendo o

contrair e a aquecer. carbono.

3 M < M < 10 Msol sol,

Ilustração sem escala de tamanho e distância.

Esse é o destino do nosso Sol:

9

Daqui a 5 x 10 anos, a superfície do Sol se expandirá, até quase a órbita da Terra. Em seguida o Sol ejetará a maior parte do material gasoso que o envolve, transformando-se em uma nebulosa planetaria. A parte interna da estrela ficará cada vez menor, tornando-se uma estrela Anã Branca, mais ou

Estrelas de grande massa

A taxa de produção de energia, das reações envolvendo carbono, varia com a temperatura de uma maneira espantosa:

As estrelas de massa intermediária, também expulsam seus envoltórios gasosos e se transformam em nebulosas planetárias.

120

å ~T

!

12 12 24

C + C —> Mg

12 12 20 4

C + C —> Ne + He

12 4 16

C + He —> O

Se a estrela tem uma massa

entre , a

temperatura do núcleo sobe, até um valor bastante alto, da

ordem de Kelvins.

Isto é suficiente para iniciar a queima do oxigênio e do neônio, formando silício, enxofre e magnésio.

10 e 20 Ms o l

9

T ~2 x 10

16

_{O + O —> Si + He}

16 28 4 16

_{O + O —> S}

16 32 20

_{Ne + He —> Mg}

4 24

No entanto, se a estrela tem uma massa maior do que 20 M a temperatura do núcleo sol

9

alcança T ~3 x 10 Kelvins o que permite a queima do silício.

56 A cadeia termina quando o Fe é produzido. No entanto, a c o n t e c e a l g o m u i t o importante durante estes processos nucleares.

A partir de reações tais como:

Um número muito grande de nêutrons é produzido, e liberado no interior da estrela. Esses nêutrons se combinam com vários átomos, formando isótopos pesados desses elementos. Acontece que os núcleos, ricos em nêutrons, são instáveis e decaem para estados de menor energia. O importante é entender que esse é o processo de formação, dos elementos pesados, que encontramos em todo o Universo.

28

_{Si + Si —> Ni}

28 56

56 56 +

Ni —> Co + e +

í

e 56 56 +

Co —> Fe + e +

í

e

12

_{C + p —> N +}

13

ã

13 13 +

N —> C + e +

í

e 13 4 16

Todos os elementos pesados que existem no Universo foram fabricados no interior de alguma estrela gigante ou supergigante. Quando estas estrelas evoluem e explodem, esses elementos s ã o l a n ç a d o s n o m e i o interestelar, enriquecendo as nuvens de gás e poeira que dão origem à geração seguinte de estrelas.

Devido à contínua queima de elementos nucleares, a estrutura interna destas estrelas de grande massa, é formada por conchas concêntricas, de elementos cada vez mais pesados, assemelhando-se a uma “repugnante” cebola.

Concha de queima de Hidrogênio Concha de queima de Hélio Concha de queima de Carbono Concha de queima de Neônio Concha de queima de Oxigênio Concha de queima de Silício Núcleo de Ferro

Órbita de Júpiter 1500 milhões de Km

Nosso corpo é formado por carbono, um elemento pesado

que foi fabricado no interior de uma estrela. Existimos porque, em algum momento, uma estrela, localizada nesta vizinhança, explodiu e lançou este material pesado no gás que, mais tarde, daria origem ao Sol e ao sistema planetário

Conhecemos várias estrelas de grande massa, tais como, Antares e Betelgeuse mostradas a seguir.

Antares

Elemento que sofre a queima nuclear

Elementos que são produzidos nesta queima nuclear

Temperatura mínima para ocorrer a reação nuclear (em Kelvins)

Duração da fusão nuclear Massa que a

estrela deve ter para iniciar a fusão nuclear

do Ni ao Fe _{2,7 x 10}9 _{~ 8 M} sol

Si ~ 1 dia He 7

4 x 10 0,1 Msol

6

7 x 10 anos

H

He C, O _{2 x 10}8 _{0,4 M}

sol 5 x 10 anos5

C Ne, Na, Mg, O _{6 x 10}8 4 M

sol 600 anos

Ne O, Mg _{1,2 x 10}9 _{~ 8 M}

sol 1 ano

Si, S, P _{1,5 x 10}9 _{~ 8 M} sol

O ~ 0,5 ano

Ao contrário das estrelas de Outras serão totalmente

pequena massa e de massa destruídas, nada restando

intermediária, as estrelas de delas, a não ser seu gás que,

grande massa não formarão agora, enriquece o meio

nebulosas planetárias, no final interestelar.

de sua existência. Seu destino Essa é uma descrição, bem

é sofrer uma violenta explosão, resumida, dos processos de d a n d o o r i g e m a u m a fusão nuclear que ocorrem nos supernova. Algumas deixarão interiores estelares e que como resíduo, uma estrela de determinam o destino final das

nêutrons ou um buraco negro. estrelas.

É esse processo que acontece em uma usina nuclear terrestre?

Nas usinas nucleares, a produção de energia é feita, a energia é obtida por um partir do processo de fissão processo diferente daqueles nuclear, ou seja, energia que é

que descrevemos acima e que liberada quando um núcleo

ocorrem no interior das atômico é fragmentado. Esse

estrelas. Vimos que, em uma processo foi descoberto pela e s t r e l a , o p r o c e s s o d e cientista austríaca, Lise produção de energia nuclear é Meitner, e pelo físico alemão, a fusão nuclear, a partir do Otto Hanh, em 1938. Veja núcleo mais leve existente: o como era o laboratório onde foi núcleo do átomo de hidrogênio. feita, pela primeira vez, a

Inicialmente, quando começaram as pesquisas sobre energia nuclear, todo o problema se resumia em saber como controlar o processo de fissão, ou seja,

controlar a energia liberada por cada rompimento de núcleo atômico.

Para realizar a fissão de um ele, algumas vezes, forma núcleo atômico, é necessário u r â n i o 2 3 9 , q u e d e c a i usar átomos que possuam formando plutônio 239, grandes núcleos. Isso levou, os t a m b é m u m a f o n t e d e cientistas, a utilizarem átomos antineutrinos. O problema com de urânio e de plutônio. o processo de fissão é que, Nos reatores nucleares, o como cada núcleo de urânio combustível é o urânio, na rompido libera nêutrons, logo forma de dois isótopos: urânio você tem uma série de fissões 235 e urânio 238. Quando nucleares ocorrendo em todos ocorre a colisão de um nêutron os átomos de urânio presentes. com um átomo de urânio 235, A essa sequência de seu núcleo sofre fissão, processos de fissão, que dividindo-se em dois núcleos o c o r r e m d e m o d o m e n o r e s , e l i b e r a n d o descontrolado, liberando antineutrinos e uma enorme enormes quantidades de quantidade de energia. Quando energia de modo súbito, damos o urânio 238 captura nêutrons o nome de reação em cadeia.

x

x

235

235_U 235_U

U 238_U

1

2

3

No dia 2 de dezembro de norte-americanos no estudo da 1942, em uma quadra de energia nuclear foram voltados squash, situada abaixo do para a construção de algum e s t á d i o d e f u t e b o l d a tipo de artefato militar, que Universidade de Chicago, utilizasse a energia liberada em Estados Unidos, o físico italiano um processo de fissão nuclear. E n r i c o F e r m i , e s e u s Isso eles conseguiram e, colaboradores conseguiram, infelizmente, o primeiro uso da pela primeira vez, controlar e energia nuclear foi em uma

manter, de forma auto- guerra.

sustentada, um processo de No dia 16 de julho de 1945, reação nuclear em cadeia. em um local desértico, 56 Surgiu, assim, o primeiro quilômetros a sudeste da reator nuclear artificial, o cidade de Socorro, estado do “Chicago Pile-1”, uma grande Novo México, Estados Unidos, “pilha atômica” formada por foi detonado, pela primeira vez, tijolos de grafite e tendo, como um artefato nuclear artificial. combustível nuclear o urânio. Este foi o chamado “teste Neste ano, o mundo passava nuclear Trinity”, a explosão de pela Segunda Guerra Mundial. um artefato nuclear de A partir de uma carta enviada, plutônio, que liberou uma pelo físico Albert Einstein para energia equivalente à explosão o presidente dos Estados de cerca de 20 mil toneladas de Unidos, todos os esforços TNT.

O primeiro uso de um artefato nuclear em um alvo militar ocorreu no dia 6 de agosto de 1945, quando os norte-americanos lançaram, sobre a cidade japonesa de Hiroshima uma bomba nuclear, apelidada de “Little Boy” (“Garotinho”).

O poder explosivo dessa bomba foi obtido a partir da fissão nuclear do urânio 235. Essa foi a segunda explosão nuclear, artificial, na história da humanidade e, a primeira, que usou urânio como elemento detonador: ela continha 64 kg de urânio, dos quais 0,7 kg sofreram fissão nuclear e, dessa massa, somente 0,6 g foi transformada em energia, l i b e ra n d o u m a p o t ê n c i a destrutiva, entre 13 e 16 mil toneladas (quilotons) de TNT!

Três dias depois, em 9 de agosto de 1945, mais uma bomba nuclear, agora usando plutônio 239, foi lançada pelos norte-americanos sobre outra cidade japonesa, Nagasaki. Essa arma nuclear, conhecida como “Fat Man” (“Homem Gordo”).

Bomba Nuclear conhecida como “Little Boy” (“Garotinho”).

Nagasaki após

O resultado foi a morte, imediata, de cerca de

Bomba nuclear, conhecida como “Fat Man” (“Homem

Gordo”).

O mundo assistiu, horrorizado, da radiação que impregnava os uma única bomba matar cerca de locais onde ocorriam essas 39000 pessoas e deixar feridas, explosões.

mais 25000. Milhares de pessoas No entanto, energia nuclear morreriam mais tarde em virtude não é sinônimo de destruição, da violência da explosão e assim como, pólvora não é queimaduras, ao mesmo tempo sinônimo de terrorismo! A energia em que, centenas de pessoas, nuclear pode ser usada para o morreriam de doenças associadas bem da humanidade, produzindo à exposição à radiação. energia elétrica, permitindo o Após esses holocaustos avanço da medicina nuclear, etc. nucleares, o mundo entrou em Tudo isso passou a ser possível uma imensa paranóia em relação com o uso de reatores nucleares, à energia nuclear. Para muitas onde as reações que ali ocorrem pessoas, energia nuclear passou são controladas pelo ser humano. a ser sinônimo de mal.

Para que um reator nuclear O problema é que o urânio de fissão possa funcionar, é natural é formado por 99,3% necessária uma complexa de U238 e somente 0,7% de

estrutura industrial. U235. Por esse motivo, é

A alma de um reator nuclear necessário “enriquecer” o está no desenvolvimento do urânio.

chamado “ciclo de combustível nuclear”. Esse ciclo é uma série de processos industriais caros, longos e que envolvem grande desenvolvimento tecnológico. Seu objetivo é produzir o urânio e n r i q u e c i d o, u s a d o n o s reatores nucleares.

Tudo começa com a extração do minério de urânio, de uma mina. Esse minério é então concentrado, sob a forma de pó composto por óxidos de urânio, de forte cor amarela e que é chamado de “yellowcake”. Nessa forma natural ele contém, principalmente, dois tipos de átomos de urânio (dois isótopos): U235 e U238.

O U235 é fissel e, por conseguinte, sua energia nuclear pode ser aproveitada em um reator, enquanto que o U238 não pode.

Como funciona um

reator nuclear de fissão

WWER-1000 (Water-Water Energetic Reactor, força elétrica de 1000 megawatt) é um reator russo de

A maioria das usinas enriquecimento de urânio. n u c l e a r e s u s a c o m o Desses, apenas dois são usados combustível urânio com baixo em escala comercial: a difusão enriquecimento, tipicamente 3 gasosa e as centrífugas. No

a 5% de U235. processo de difusão gasosa, a

Bombas nucleares são, separação é feita bombeando-normalmente, fabricadas com se o gás em câmaras divididas urânio altamente enriquecido por membranas de metais contendo, pelo menos, 90% de porosas, através das quais o

U235. U235 se difunde, levemente,

Para enriquecer o urânio mais rapidamente.

você precisa primeiro converter No processo de centrífugas, a “yellowcake” em um gás o gás é injetado em um cilindro tóxico e altamente corrosivo, que gira, a incrível velocidade chamado hexafluoreto de de 90 000 rotações por minuto.

urânio. A força centrífuga empurra o

Depois disso é que vem o U238 para mais próximo da enriquecimento propriamente parede do rotor, enquanto que o dito, ou seja, a separação do U235, ligeiramente mais leve, U235 útil. Conhecemos hoje tende a se reunir mais próximo menos de 10 métodos de ao centro.

Uma pastilha de urânio altamente enriquecido.

Por meio de variações de Depois do enriquecimento, o temperaturas, ao longo do rotor, próximo estágio no ciclo é a frações do U238 e do U235 fabricação do combustível circulam e fluem para dentro de nuclear. O hexafluoreto de urânio, cavidades. Cada centrífuga agora mais rico em U235, é aumenta a concentração de transformado em dióxido de U235 por apenas uma pequena urânio, um pó escuro que é então fração de modo que milhares de comprimido em pequenos discos. máquinas precisam ser ligadas Esses são colocados em longos

em cascata. tubos de metal, que formam o

As centrífugas revolucionaram “coração nuclear” de um reator. o enriquecimento do urânio, por À medida que o combustível é exigirem equipamentos mais usado no reator, o U235 baratos, menos energia e menos concentrado é esgotado e deve espaço do que a difusão. ser substituído. O combustível Foi o cientista austríaco, gasto pode ser enviado para um Gernot Zippe quem inventou a local de armazenamento moderna centrífuga de urânio, ao permanente ou, então, pode ser projetar um equipamento no reprocessado.

qual um suporte de metal, O reprocessamento separa o semelhante a uma agulha, U235 que não sofreu fissão (e há apoiava o rotor na parte de uma grande quantidade dele) e baixo, enquanto um conjunto de retorna esse material ao estágio magnetos mantinha o topo do de enriquecimento para se tornar

rotor estável. de novo combustível nuclear.

Precisamos de

energia nuclear?

A energia nuclear é tão criticada por alterar o clima perigosa quanto qualquer outra local e exigir a criação de forma de energia, usada de imensos reservatórios (os modo irresponsável. Hoje, chamados “lagos de represa”), tendo consciência de que os que destroem grandes regiões combustíveis fósseis (petróleo, de mata virgem e até mesmo carvão), além de poluirem a cidades já existentes, causando a t m o s f e r a , u m d i a s e problemas sociais com a esgotarão, devemos voltar remoção de seus habitantes. nossos olhos para a energia

nuclear.

A s u s i n a s n u c l e a r e s produzem grandes quantidades de energia elétrica e são fatores, fundamentais, em um mundo cada vez mais ávido por energia.

O consumo de eletricidade no Brasil cresceu muito desde 1990. O consumo “per capita” é de 2235 kWh/ano. A energia nuclear fornece 3% da eletricidade do país, cerca de 13 bilhões de kWh por ano. A energia hidroelétrica fornece 92% do total, mas hoje é

Certamente sim.

A companhia que opera os Recentemente o governo r e a t o r e s n u c l e a r e s , brasileiro reviu seu programa estabelecidos em Angra dos nuclear. Um, possível, novo Reis, é a Eletronuclear, cenário seria completar o reator (Eletrobrás Termonuclear S/A), Angra-3, que geraria 1300 subsidiária da Eletrobrás. MWe, e construir um novo Hoje o Brasil ainda envia o reator de 1300 MWe e dois seu urânio para ser enriquecido outros, de 300 MWe, esses em países da Europa, mas últimos projetados no nosso fazendo esse enriquecimento país. Com essa série de reatores em nosso país, esperamos nucleares fica, mais que economizar, pelo menos, 12 justificado, o Brasil fabricar seu milhões de dólares por ano. próprio combustível nuclear.

Condensador

Bomba Gerador

Elétrico Torre de Transmissão

Bomba Bomba

Turbina

Bomba principal de refrigeração

Elemento combustível Barras de

controle

Água

Tanque de água de alimentação Gerador

de vapor Vaso de

pressão

Reator

Pressurizador

Vapor

Vaso de contenção

Circuito Primário Circuito Secundário

Sistema de água de Refrigeração

“Yellowcake”

Vista aérea da Unidade da INB na cidade de Resende/RJ.

Pastilhas de Dióxido de

Urânio.

Com a inauguração de um centro de centrífugas voltadas para o enriquecimento de urânio na cidade de Resende, próxima ao Rio de Janeiro, o Brasil possui, agora, domínio sobre todos os estágios de produção de combustível nuclear, desde a mineração e processamento do minério de u r â n i o, n o c o n c e n t ra d o conhecido como “yellowcake”, até a fabricação de pastilhas de

dióxido de urânio que preenche extremamente dependente dos as barras que formam o núcleo norte-americanos, nesse setor de um reator nuclear. estratégico, e já conhecendo o Essas centrífugas, que usam cerceamento que eles davam, a 100% de tecnologia nacional, qualquer desenvolvimento foram desenvolvidas pela nuclear fora de sua jurisdição, Marinha de Guerra do Brasil, nosso país procurou parceria que as fabrica e as instala em com a Alemanha, na época Resende, para as Indústrias Alemanha Ocidental.

Nucleares Brasileiras (INB). Em 1975 foi assinado um O d e s e n v o l v i m e n t o acordo entre o Brasil e a tecnológico do Brasil, no campo Alemanha Ocidental, que da energia nuclear, despertou incluía a construção de oito “preocupações” nos auto- reatores, cada um capaz de i n t i t u l a d o s p a í s e s produzir 1300 MWe de energia desenvolvidos. Aliás, todo o elétrica, em 15 anos.

trajeto do nosso país, na procura de auto-suficiência nuclear, foi pontilhado por pressões, cada vez mais acirradas feitas pelos países do Hemisfério Norte. Até mesmo a c o n s t r u ç ã o d a s u s i n a s n u c l e a r e s n ã o f o i a l g o tranquilo.

Em 1971 o Brasil comprou, da companhia norte-americana W e s t i n g h o u s e E l e c t r i c Corporation, seu primeiro reator nuclear, o Angra I.

Além disso, o acordo previa a transferência, completa, da tecnologia necessária, para o desenvolvimento de uma i n d ú s t r i a d o c i c l o d e combustível nuclear. A pressão contra esse acordo, feita pelos Estados Unidos, foi enorme e o Brasil foi obrigado a colocar suas instalações nucleares sob controle internacional. Isso acabou sendo desnecessário pois na década dos anos de 1980, nosso país mergulhou em grande crise econômica e só o reator Angra 2, incluído no acordo, foi construído. Além d i s s o , o p r o c e s s o d e enriquecimento de urânio, cedido pelos alemães, o “jet-nozzle”, mostrou não ser viável economicamente.

Um pouco antes disso, o governo militar existente no Brasil, vendo as dificuldades q u e s e a g i g a n t a v a m , impedindo o desenvolvimento

nuclear do país, decidiu investir pudesse ser usado em um em um programa nuclear, que submarino, assim como, o não dependeria de tecnologia desenvolvimento de tecnologia estrangeira e não estaria de enriquecimento de urânio restrito por salvaguardas que, para esse propósito, seria

internacionais. difícil de ser adquirido no

Embora desenvolvido por exterior. Esse programa ficou militares das três forças conhecido com o nome de ( E x é r c i t o , M a r i n h a e “Projeto Ciclone” e foi liderado Aeronáutica), esse programa pelo oficial da marinha, Othon não tinha como objetivo a Luiz Pinheiro da Silva.

fabricação de armas nucleares. F o i o p r o g r a m a , desenvolvido pela Marinha que obteve mais êxito. Seu objetivo era desenvolver um reator n u c l e a r, c o m p a c t o, q u e

Após um estágio no MIT, nos energia nuclear, para fins Estados Unidos, ele trouxe para pacíficos.

nosso país a idéia de que, o Várias partes do programa enriquecimento de urânio, nuclear brasileiro foram deveria ser feito por um integradas ao Ministério de p r o c e s s o q u e u t i l i z a v a Ciência e Tecnologia. Em 1997,

centrífugas. o Brasil assinou o Tratado de

No dia 8 de setembro de Não Proliferação de Armas 1982, da Silva e seu grupo, Nucleares e permitiu a usando uma única centrífuga, inspeção, pela IAEA, de todas r e a l i z a r a m a p r i m e i r a as suas indústrias nucleares, experiência de enriquecimento, incluindo o complexo de Aramar com sucesso no nosso país. Em pertencente à Marinha.

1987, já havia um conjunto de 48 centrífugas e, em 1991, elas chegavam a cerca de 500.

Isso despertou suspeitas nos Estados Unidos que, segundo a r e v i s t a n o r t e -a m e r i c a n a Spectrum, do IEEE, com base em um documento secreto da Marinha Brasileira, decidiram manter esse programa sob vigilância cerrada tendo até mesmo designado agentes americanos, baseados em São Paulo, para seguir da Silva o tempo todo.

A p e s q u i s a c o m a s centrífugas continua a ser feita no Centro de Tecnologia da M a r i n h a e m S ã o Pa u l o ( C T M S P ) , e n q u a n t o s u a fabricação ocorre no Centro Experimental Aramar, da Marinha, localizado em Iperó, São Paulo.

A partir dos anos da década de 1980, com a mudança para governos civis, o programa nuclear brasileiro sofreu grandes modificações. Pela Constituição, aprovada em 1988, o Brasil só pode usar

Em 1991, Brasil e Argentina assinaram um acordo, no qual, se comprometiam a não fabricar bombas

Mesmo agora, com o Brasil signatário do Tratado de Não Proliferação Nuclear, ainda são fortes as pressões sobre o Governo Brasileiro, com o objetivo de desmantelar nossa indústria nuclear.

Alguns “observadores” internacionais sentem ameaça no programa de enriquecimento de urânio desenvolvido no nosso país, e declaram que, o mundo não deve aceitar o funcionamento da indústria de enriquecimento, instalada em Resende, e que o governo brasileiro deve ser pressionado a fechar essa fábrica.

A alegação deles: se o Brasil faz, outros países também vão querer fazer! O Brasil se protege alegando que, o próprio Tratado de Não Proliferação, no seu artigo IV, garante que os países signatários têm o direito de explorar a energia nuclear para propósitos pacíficos, incluindo o desenvolvimento do ciclo de combustível nuclear.

Em 2004, os Estados Unidos c o m e ç a ra m a f a l a r e m mudanças nas regras do tratado, de modo a impedir que outros países desenvolvam a indústria nuclear. Segundo eles, devia ser proibida a disseminação da tecnologia de reprocessamento e enriquecimento nuclear.

Países que ainda não produzem combustível nuclear deveriam ser proibidos de desenvolver essa capacidade tecnológica.

Bocais

Elemento combustível

Uma alta autoridade, da por serviços de enriquecimento de Agência Internacional de urânio. Cerca de 90% dos Energia Nuclear (IAEA), propôs reatores nucleares, de todo o uma moratória de cinco anos mundo 397 de um total de 441 – sobre novas indústrias de dependem de serviços de r e p r o c e s s a m e n t o e enriquecimento para obter seu enriquecimento, declarando combustível. Esse é um mercado que, durante esse período, a global de mais de cinco bilhões de IAEA forneceria o material físsil dólares por ano, algo não n e c e s s á r i o p a r a o desprezível, que o nosso país funcionamento de usinas pretende participar no futuro. nucleares civis, através de Segundo a INB, o Brasil pretende f o r n e c e d o r e s q u e e l a produzir de 20 a 30 toneladas autorizasse, e a preços de métricas de urânio enriquecido mercado! O ridículo dessa por ano, ou seja, 60% do proposta está no fato de que, o combustível doméstico que Brasil logo estará produzindo necessitamos, por volta de 2008 urânio enriquecido em escala ou 2009 alcançando 100%, por industrial, suficiente para volta de 2010.

abastecer seus dois reatores nucleares. O Brasil possui a oitava reserva mundial e o enriquecimento dará ao nosso país autonomia de combustível nuclear.

A segunda razão pela qual essa proposta é risível, é o fato econômico que está por trás dela. Preocupados com o aumento dos preços do petróleo e com as emissões de gás, que provoca o efeito estufa, parece haver um renascimento da necessidade de gerar energia por processos nucleares. Isso mostra que em pouco tempo haverá um substancial aumento na demanda

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Onde está o urânio do mundo?

País Milhares de toneladas métricas de urânio

Percentagem mundial

Austrália 989 28

Cazaquistão 561 16

Canadá 438 12

África do Sul 299 8

Nigéria 228 6

Namíbia 213 6

Rússia 158 5

Brasil 143 4

Estados Unidos 102 3

Uzbequistão 91 3

Outros países 315 9

Total 3537 100