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O que é energia elétrica gerada por uma usina nuclear?

Quando dos meus 10 aos 12 anos, assistia na TV do vizinho, aliás, o único televisor disponível em toda a vizinhança, uma série da TV norte-americana de título “Viagem ao fundo do mar” (em Inglês, “Voyage to the bottom of the sea”), na qual um submarino nuclear de nome “Civil” (esse era o nome que ouvíamos a partir de uma formatação auditiva moldada pela nossa ignorância coletiva no que toca o domínio do Inglês aquela época) era a estrela maior do seriado. Hoje sabemos que o “Civil” era o som que ouvíamos da pronúncia do nome do submarino que era “Seaview” (vista do mar). Quem tem mais de 50 viveu essa época das imperdíveis aventuras daquele fabuloso submarino, comandado pelo “Almirante Nelson” (vivido por Richard Basehart), sempre auxiliado pelo Capitão Crane (vivido por David Hedison), e o os rapazes liderados por Sky Kowalski (vivido por Del Monroe) são nomes que estão na memória de todos que não perdiam um episódio de Viagem ao Fundo do Mar. Eles operavam o fantástico submarino nuclear “Seaview”, enfrentando extraterrestres ou humanos de nações inimigas em plena Guerra Fria. O submarino “Seaview” tinha uma visão panorâmica do fundo do mar, e possuía um equipamento que atingia grandes profundidades chamado Sino, com espaço minúsculo, onde cabiam apenas duas pessoas, e também a nave Subvoador, em formato de araia, que navegava no mar e também voava.
Ali naquele tempo e local, a “mosca branca” da física nuclear me picava, no melhor dos sentidos. Debaixo da capa grossa da pobreza e da ignorância naturais que envolviam o meu ambiente próximo, decidi no íntimo do meu íntimo, que descobriria como funciona um submarino nuclear. Hoje, aos 58 quase 59 sou físico, especializado em desintegrações nucleares naturais, e, decidindo entre um doutorado em Ciências Nucleares, ou em Sáude Ambiental. E, importante, ao longo da jornada de lá até aqui, aprendi com funciona um submarino nuclear, como funciona uma usina nuclear e até como funciona o Sol.
Venho dividir com você, meu caro e importante leitor, um pouco do conhecimento geral do funcionamento de uma usina nuclear, como por exemplo, a usina nuclear Angra I.
A primeira informação que me clareou o caminho para o conhecimento e ajudou a desfazer a ideia romântica e distante que a minha mente de adolescente nutria em relação à física nuclear, é que a eletricidade gerada por uma “usina nuclear” não é resultado direto da desintegração do átomo, como eu pensava lá nos meus 12 anos. Uma usina nuclear é, basicamente, uma usina a vapor que é alimentada por um elemento radioativo, como o urânio, por exemplo. O combustível é colocado num “reator” e os núcleos dos átomos desse combustível são induzidos à “fissão (quebra) controlada” (no caso da “fissão descontrolada”… BOOOOOM… é o que acontece na explosão de uma bomba atômica). O processo de divisão do átomo libera grandes quantidades de energia, e é conhecido como “fissão nuclear”. Basicamente, essa energia “esquenta” uma grande quantidade de água até que se torne vapor, e esse vapor “empurra” as paletas de uma ou mais turbinas acopladas aos geradores de eletricidade. Daí, essa eletricidade vai ser distribuída aos consumidores por meio de redes elétricas que a gente vê pelos campos e cidades. A liberação de energia é representada matematicamente pela equação mais famosa de Einstein – E = mc² – que diz essencialmente que a energia está diretamente relacionada à massa.
No Brasil as usinas Angra I e II usam reatores nucleares que funciona com base na elevação da pressão de uma massa de água. O princípio de funcionamento deste reator é baseado no fato da água, sob altas pressões, manter-se líquida. O combustível nuclear fica nesta água quentíssima e sob alta pressão. Através de um trocador de calor, ocorre a transmissão de calor para a água que , aquecida, vai empurrar as paletas de uma turbina, cujo eixo está acoplado a um gerador de eletricidade. Em função desse princípio de funcionamento este tipo de reator é denominado reator de água pressurizada, também referido pela sigla PWR (do inglês pressurized water reactor), é o tipo de reator nuclear que produz mais da metade de toda a eletricidade de origem nuclear do mundo. No Brasil, ambas as usinas nucleares existentes (Angra I e II) e a única em construção, Angra III, são deste tipo. Além de ser o mais usado reator para usinas atômicas no mundo, este tipo de reator é também o mais usado em navios e submarinos nucleares.
Seu sucesso deve-se a vários fatores. Foi o reator mais patrocinado pelos Estados Unidos, tem segurança intrínseca, pois não torna radioativa a turbina e é um dos tipos mais seguros. De fato, com mais de 200 reatores deste tipo, nenhum deles teve acidente radioativo com vítimas fatais. Na França, que tem mais de 80% de sua eletricidade de origem nuclear, todos os reatores são desse tipo.
Quando um grande núcleo atômico físsil como o do urânio-235 ou plutônio-239 absorve um nêutron, ele pode sofrer fissão nuclear. O núcleo pesado se divide em dois ou mais núcleos mais leves, (os produtos de fissão), liberando grande quantidade de energia cinética,radiação gama e nêutrons livres. Uma parte desses nêutrons pode mais tarde ser absorvidos por outros átomos físseis e disparar outros eventos de fissão, que liberam mais nêutrons, e assim por diante. Isto é conhecido como reação nuclear em cadeia.
A energia é liberada na forma de raios gama associada às rações nucleares são semelhantes aos raios X e pode causar queimaduras, câncer e mutações genéticas em seres vivos. Elas podem ser atenuadas ou mesmo barradas por paredes espessas de concreto, chumbo ou terra batida.
Os resíduos nucleares ou “lixo nuclear”, é o combustível nuclear usado de um reator. O combustível é considerado gasto quando os subprodutos de fissão – os átomos que sobraram do processo de divisão – passam a impedir que nêutrons livres continuem a provocar a fissão de novos átomos de urânio ou plutônio (ou seja, quando os subprodutos passam a “atrapalhar o processo de fissão”). Geralmente, uma carga de combustível leva três ou quatro anos para chegar a este ponto. O lixo é altamente radioativo, por isso deve ser armazenado em piscinas de concreto revestidas com aço. A partir de 2003, os reatores nucleares nos Estados Unidos haviam produzido cerca de 50 mil toneladas de resíduos, de acordo com o Departamento de Energia. Alguns países, como o Japão e a França, reprocessam os seus resíduos nucleares para extrair urânio-235 e plutônio-239 não gastos. Isto pode ser reposto para utilização em centrais nucleares ou utilizadas para criar uma bomba nuclear. Daí a preocupação mundial com os programas nucleares de alguns países considerados “não alinhados”.
Como uma das vantagens da utilização da energia nuclear em comparação com matrizes energéticas associadas aos combustíveis fósseis, seaponta a ausencia de emissão fuligem ou gases de efeito estufa. Isso ajuda a manter o céu limpo e não contribui para o aquecimento global. As estimativas da Associação Mundial Nuclear que o setor de energia elétrica gostaria de acrescentar 2,6 bilhões de toneladas de dióxido de carbono para a atmosfera a cada ano se ele usou o poder de carvão ao invés de nuclear. Alguns governos também gostaria de energia nuclear, porque reduz a sua dependência do petróleo estrangeiro.
Finalmente, o combustível utilizado em reatores nucleares é muito compacto em comparação aos combustíveis fósseis. Por exemplo, um quilo de urânio pode fornecer a mesma energia como de 3 milhões de quilos de carvão. Isto torna mais atraente para uso em veículos movidos a energia nuclear, como submarinos, aviões e naves espaciais operadoras.

Referencias:
1. Blog Jovem Pan; (2013); Viagem ao fundo do mar; Acesso: http://blogs.jovempan.uol.com.br/dofundodobau/2012/09/05/viagem-ao-fundo-do-mar/ (acessado em: 21/04/2013);
2. Reator de água pressurizada; (2013); Wikipédia; Acesso: http://pt.wikipedia.org/wiki/Reator_de_%C3%A1gua_pressurizada (acessado em: 21/04/2013);
3. Wired; (2013); How Nuclear PowerWorks; Acesso: (acessado em: 21/04/2013);
4. Imagem; Presurized Water Reactors; Acesso:www.euronuclear.org  (acessado em: 22/04/2013).

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