O que é Fissão Nuclear

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O que é Fissão Nuclear?
(KTSDesign/Science Photo Library/Getty Images)
A fissão nuclear é a divisão do núcleo de um átomo para criar dois (ou mais) elementos mais leves.
Embora ocasionalmente possa ocorrer espontaneamente em isótopos de alguns elementos pesados, como
tório e urânio, geralmente é desencadeado por um nêutron que impacta o núcleo com a quantidade certa de
força.
A súbita superlotação torna o aglomerado de prótons e nêutrons instáveis e propensos a se separar,
deixando não apenas núcleos menores – ou produtos físsil – mas também ejetando mais nêutrons livres,
juntamente com uma explosão de fótons de alta energia na forma de radiação gama.
A energia liberada dessa separação de partículas nucleares tem sido usada como fonte de energia desde
meados do século 20.
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Embora o processo de produção de energia não libere os mesmos gases de efeito estufa problemáticos que
a queima de combustíveis fósseis, as preocupações com os riscos de derretimento, os resíduos perigosos a
longo prazo e os custos significam que o futuro atômico que muitos sonhavam no passado pode não ser
facilmente alcançável.
Como a fissão nuclear é usada para gerar energia nuclear?
Experimentos na década de 1930 envolvendo o bombardeio de átomos com partículas nucleares levaram a
modelos de fissão que prometiam que uma quantidade significativa de energia poderia ser liberada dos
isótopos direitos de elementos pesados, como o urânio.
A teoria previu que o urânio 235 era muito mais provável de sofrer fissão em comparação com outros
isótopos, especialmente se os nêutrons que atingem seu núcleo estivessem se movendo a uma velocidade
relativamente lenta.
A liberação de nêutrons adicionais do processo de fissão pode fazer com que outros átomos próximos de U-
235 também se separem. Para que essa reação em cadeia ocorra, é preciso haver uma densidade
relativamente alta de U-235 espremido juntos – o que é chamado de “massa crítica” do material.
No final da década de 1930, os físicos tinham criado métodos para retardar os nêutrons o suficiente para
capturar e enriquecer misturas de isótopos de urânio de recursos naturais para formar massas críticas de U-
235. Eles também vieram com uma maneira de controlar a reação em cadeia para garantir que a produção
exponencial de nêutrons não ficasse fora de controle, caso em que o processo poderia se tornar explosivo.
Ao longo da década seguinte, os avanços tecnológicos na fissão nuclear seriam aplicados à produção de
novas classes de superarmas. Foi somente na esteira da Segunda Guerra Mundial que os engenheiros
voltaram sua atenção para a possibilidade de que o processo de fissão nuclear pudesse ser aplicado à
geração sustentada de calor para gerar eletricidade.
Assim como o vapor produzido pela queima de combustíveis fósseis em uma caldeira gira uma turbina ligada
a um gerador elétrico, o vapor de uma "caldeira nuclear" também pode ser aproveitado para gerar energia.
https://world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/outline-history-of-nuclear-energy.aspx
https://www.sciencealert.com/what-are-the-actual-differences-between-a-hydrogen-and-an-atomic-bomb
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Torres de resfriamento para uma usina nuclear na França. (Romilly Lockyer/Getty Images) (em
inglês)
Os avanços na tecnologia continuaram a melhorar a eficiência e a segurança ao longo do tempo, em alguns
casos, os moderadores de valas desacelerando os nêutrons para permitir que o material físsil capturasse
partículas "mais rápidas". Hoje, existem cerca de 440 usinas nucleares em operação em todo o mundo, com
quase 100 apenas nos Estados Unidos. Combinadas, essas usinas produzem cerca de 10% da eletricidade
do mundo, uma queda de 7% em relação ao seu pico em 1993.
Em uma época em que a produção de cerca de 60% da eletricidade do mundo produz gases de efeito estufa
a uma taxa que ameaça o aquecimento global catastrófico, a energia nuclear apresenta uma alternativa
comparativamente mais limpa.
Mas há custos que podem limitar o quanto devemos recorrer à energia nuclear para a salvação da crise
climática.
Qual é o problema da energia nuclear?
Quando se trata de encontrar alternativas de energia de baixa emissão e custo-benefício aos combustíveis
fósseis, poderíamos fazer pior do que a energia nuclear. É importante ressaltar que também poderíamos
fazer melhor, com tecnologias de energia renovável, como solar e eólica, que estão se tornando mais baratas
a cada ano.
Os desafios da energia nuclear se enquadram em três categorias: desperdício, risco e custo. Aqui estão
alguns exemplos de cada um.
Desperdício
https://www.sciencealert.com/india-will-be-the-second-country-in-the-world-to-use-a-novel-nuclear-technology
https://www.statista.com/statistics/267158/number-of-nuclear-reactors-in-operation-by-country/
https://world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-power-in-the-world-today.aspx
https://www.economist.com/graphic-detail/2013/07/25/critical-reactions
https://ourworldindata.org/electricity-mix
https://ourworldindata.org/electricity-mix
https://www.sciencealert.com/coal-plants-are-emitting-more-than-ever-and-we-are-headed-for-disaster
https://www.iea.org/reports/nuclear-power-in-a-clean-energy-system
https://www.sciencealert.com/the-world-stands-to-save-trillions-of-dollars-if-we-just-quit-carbon-right
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Uma das maiores preocupações públicas sobre a energia nuclear nas últimas décadas tem sido sobre o que
fazer com o combustível de urânio, uma vez que está tão sufocado com produtos físsil que não é mais
eficiente na produção de energia.
Este resíduo de alto nível contém isótopos que podem levar milhares de anos para cair na radioatividade a
um nível de aproximadamente igual ao do minério de que veio. Neste momento, mais de um quarto de
milhão de toneladas métricas de resíduos altamente radioativos estão armazenadas em todo o mundo,
aguardando descarte ou reprocessamento.
- Isto é mau? Embora os resíduos nucleares armazenados não representem necessariamente qualquer
ameaça imediata se estiverem bem contidos, as questões sobre o gerenciamento de longo prazo e a
possibilidade de manuseio intrometido e os contratempos tornam o armazenamento de uma pilha crescente
de resíduos nucleares uma questão controversa.
Contentores maciços possuem combustível nuclear usado em instalações de armazenamento a seco e
protegidas. (Comissão Regulatória Nuclear/Bikimedia commons/CC-BY-SA 2.0)
O carbono também é um produto residual a considerar. Embora o processo de fissão e conversão de energia
nuclear em eletricidade seja relativamente livre de emissões de carbono, o orçamento bruto de carbono para
a mineração e processamento do minério necessário para a fissão e a construção de uma usina de concreto
não é zero.
Ao longo de sua vida útil, uma nova usina nuclear poderia ser responsável por emitir o equivalente a cerca de
4 gramas de CO 2 para cada quilowatt-hora de eletricidade produzida. Algumas estimativas colocam a
produção muito mais alta, em qualquer lugar de 10 gramas de CO 2 a 130 gramas em alguns casos.
Dito isto, a substituição de usinas de queima de carvão por usinas nucleares poderia salvar a atmosfera para
mais de milhões de toneladas de CO 2 por ano, sem mencionar partículas e outros poluentes. Pelo mesmo
raciocínio, as energias renováveis limpas, como turbinas eólicas e painéis solares, também não terão
https://cen.acs.org/environment/pollution/nuclear-waste-pilesscientists-seek-best/98/i12
https://cen.acs.org/environment/pollution/nuclear-waste-pilesscientists-seek-best/98/i12
https://www.technologyreview.com/2020/10/21/1009450/future-of-nuclear-waste-storage-america/
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Massive_containers_hold_spent_nuclear_fuel_%2815420175144%29.jpg
https://www.eia.gov/energyexplained/nuclear/nuclear-power-and-the-environment.php
https://www.carbonbrief.org/solar-wind-nuclear-amazingly-low-carbon-footprints
https://doi.org/10.1038/s41560-017-0032-9
https://isa.org.usyd.edu.au/publications/documents/ISA_Nuclear_Report.pdf5/7
emissões zero em virtude de sua fabricação e instalação. As pegadas de carbono para parques solares e
eólicos são mais ou menos comparáveis com a extremidade inferior para a energia nuclear.
Tomada completamente, a energia da energia nuclear é (na melhor das hipóteses) tão livre de carbono
quanto a solar e eólica, embora com um problema de resíduos impopular que poucas pessoas querem em
seu quintal.
Risco
Já se passaram mais de três décadas desde que a Ucrânia da era soviética deu ao mundo um gostinho do
que um pior cenário poderia parecer para um acidente nuclear. Após um colapso durante um teste técnico
em 1986, a Usina Nuclear de Chernobyl entrou em colapso em uma ruína radioativa em meio a uma
paisagem envenenada por sua precipitação.
Um "sarcófago" por cima dos restos do bloco de Chernobyl 4. (Real Robert Ruidl/Getty Images)
Em 2011, o reator nuclear de Fukushima, no Japão, também entrou em um derretimento depois de ter sido
abalado por um terremoto.
Eventos devastadores como estes são incomuns o suficiente para serem dignos de manchetes chocantes.
No entanto, algumas estimativas sugerem que tais colapsos podem ocorrer uma vez a cada 10 a 20 anos,
arriscando a propagação de material radioativo em centenas ou mesmo milhares de quilômetros de
paisagem.
Quão ruim poderia ser isso? É difícil dizer, dependendo de uma grande variedade de fatores relacionados às
densidades populacionais, extensão da exposição e concentrações de isótopos. Segundo a Organização
Mundial da Saúde, “a população deslocada de Fukushima está sofrendo de impacto psicossocial e mental na
saúde após a realocação, ruptura de laços sociais de pessoas que perderam casas e emprego, laços
familiares desconectados e estigmatização”.
Em outras palavras, não é apenas um risco de radioatividade com a que precisaríamos nos preocupar.
https://www.carbonbrief.org/solar-wind-nuclear-amazingly-low-carbon-footprints
https://www.sciencealert.com/chernobyl
https://www.sciencealert.com/chernobyl-ecosystem-population-health-years-later
https://doi.org/10.5194/acp-12-4245-2012
https://www.who.int/news-room/q-a-detail/health-consequences-of-fukushima-nuclear-accident
https://www.sciencealert.com/what-does-the-world-health-organisation-do
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Ainda assim, estando tão acostumados com o impacto na saúde da combustão de combustíveis fósseis,
pensamos pouco sobre o impacto na saúde de partículas inchadas pela queima de carvão. O que em si não
é exatamente livre de material radioativo também.
Custo
Para comparar os custos de geração de energia, os pesquisadores usam o que é conhecido como o custo
nivelado da energia, ou LCOE. Esta é uma medida do custo líquido médio de geração projetado durante a
vida útil de um site.
Este número dependerá de uma ampla gama de coisas relacionadas a localização e flutuações nos recursos.
Mas ainda é possível ter uma noção geral do LCOE em todo o mundo para comparar tecnologias.
De acordo com o Relatório de Status da Indústria Nuclear Mundial para 2020, o LCOE para energia nuclear
saltou 26% ao longo da década entre 2009 e 2019, para US $ 155 por megawatt-hora. Ao mesmo tempo, o
carvão caiu 2%, para US$ 109.
A energia solar fotovoltaica, por outro lado, despencou quase 90%, para apenas US$ 41. O vento também
caiu aproximadamente para o mesmo custo.
As usinas de fissão nuclear podem salvar o mundo?
Claro, a nova tecnologia pode sempre fazer a diferença. Encontrar melhores maneiras de capturar resíduos
nucleares pode torná-lo mais seguro, ou pelo menos dar ao público a confiança de que será menos uma
ameaça no futuro. Alternativas aos isótopos de urânio podem tirar a ansiedade dos colapsos e do potencial
de armas de programas nucleares. A mudança de tecnologias pode afetar a escala dos reatores, ou até
mesmo melhorar completamente o seu LCOE.
Mas é provável que seja muito pouco tarde.
Uma análise da adoção da geração de energia nuclear e renovável em mais de uma centena de países nos
últimos 25 anos descobriu que a energia nuclear simplesmente não alcançou os mesmos resultados na
redução de carbono que as energias renováveis.
Além disso, investir em energia nuclear é um custo inesímculto que torna mais difícil saltar para um futuro
renovável mais tarde.
Nada disso quer dizer que a energia nuclear não tem lugar na produção futura de energia. A exploração
espacial, por exemplo, poderia se beneficiar dos avanços na tecnologia de fissão nuclear. Além da produção
de energia, a produção de isótopos específicos para medicina e pesquisa, tudo através do uso de fissão, é
uma indústria inestimável.
Pode não nos salvar da crise climática, mas a era nuclear oferece outros benefícios tecnológicos que estarão
conosco por muito tempo.
Todos os explicadores são determinados por verificadores de fatos como corretos e relevantes no momento
da publicação. Texto e imagens podem ser alterados, removidos ou adicionados como uma decisão editorial
para manter as informações atualizadas.
https://www.sciencealert.com/us-city-experiences-400-less-hospital-visits-a-year-from-closing-or-cleaning-just-a-few-coal-plants
https://www.scientificamerican.com/article/coal-ash-is-more-radioactive-than-nuclear-waste/
https://ourworldindata.org/grapher/levelized-cost-of-energy?country=~OWID_WRL
https://www.worldnuclearreport.org/IMG/pdf/wnisr2020-v2_lr.pdf
https://www.worldnuclearreport.org/IMG/pdf/wnisr2020-v2_lr.pdf
https://www.worldnuclearreport.org/IMG/pdf/wnisr2020-v2_lr.pdf
https://www.sciencealert.com/new-material-could-make-nuclear-fuel-recycling-cleaner-and-cheaper
https://www.sciencealert.com/researchers-have-conducted-the-first-thorium-salt-experiments-in-over-40-years
https://www.bbc.com/future/article/20200309-are-small-nuclear-power-plants-safe-and-efficient
https://www.reuters.com/article/us-energy-nuclearpower-idUSKBN1W909J
https://www.sciencealert.com/here-s-why-nuclear-won-t-cut-it-if-we-want-to-drop-carbon-as-quickly-as-possible
https://www.sciencealert.com/nasa-mini-nuclear-reactor-brings-power-to-mars
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