Energia Nuclear

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Published on January 25, 2009

Author: Bruno.Martins

Source: authorstream.com

Energia Nuclear : Energia Nuclear Alternativa Energética? Diploma de Formação Avançada em Segurança e Protecção Radiológica Protecção e Segurança Radiológica Prof. Augusto Oliveira Bruno Martins 17 de Novembro de 2008 Sumário : Sumário Energia Nuclear Fissão Nuclear Ciclo do Combustível Nuclear Segurança Resíduos Portugal e o Nuclear Considerações Finais Referências Bibliográficas 2 IST, 17 de Novembro de 2008 1. Energia Nuclear : 1. Energia Nuclear 3 IST, 17 de Novembro de 2008 A energia dos sistemas manifesta-se trabalho, libertação de calor ou radiação Fissão Fusão Dois núcleos leves fundem-se para formar um núcleo mais pesado núcleo “pesado” instável divide-se em elementos mais leves núcleos atómicos resultantes possuem um estado de menor energia libertação de energia Ocorre espontaneamente em alguns elementos, noutros deve-se provocar a reacção mediante técnicas de bombardeamento de neutrões ou outras 2. Fissão Nuclear : 4 IST, 17 de Novembro de 2008 2. Fissão Nuclear Slide 5: 5 IST, 17 de Novembro de 2008 1kg de urânio-235 liberta 67,32GJ de energia Numa reacção nuclear de fissão a energia libertada é da ordem de 10 milhões de vezes superior ao de uma típica reacção química O urânio natural contém apenas 0,71% de urânio-235 sendo o restante composto pelo isótopo não fissionável-238 2.1 Reactores de Fissão : 6 IST, 17 de Novembro de 2008 2.1 Reactores de Fissão Combustível Moderador da reacção em cadeia Meio usado no permutador de calor do núcleo 2.2 Principais Tipos de Reactores de Fissão Comerciais em Actividade : 7 IST, 17 de Novembro de 2008 2.2 Principais Tipos de Reactores de Fissão Comerciais em Actividade São os mais comuns: 226 em serviço no mundo; Meio permutador de calor: água a elevada pressão; Moderador: água a elevada pressão; Combustível: Urânio ligeiramente enriquecido, podendo eventualmente ser usado misturado com plutónio (MOX). 2.2.1. Reactores de água pressurizada (PWR): Slide 8: 8 IST, 17 de Novembro de 2008 2.2.2. Reactores de água fervente (BWR): 93 em serviço sobretudo na Alemanha, Japão e E.U.A; O meio permutador de calor é água que actua também como moderador, esta entra em ebulição e o seu vapor acciona directamente a turbina. O combustível usado é urânio ligeiramente enriquecido. Slide 9: 9 IST, 17 de Novembro de 2008 · Reactores pressurizados de água pesada (PHWR), (CANDU): 39 reactores no mundo, principalmente no Canadá que criou esta tecnologia. O moderador usado é água pesada (oxigénio e deutério) e o meio permutador de calor é água normal. Como combustível usam urânio ligeiramente enriquecido. · Reactores arrefecidos a gás (ARG-MAGNOX): Estes reactores foram muito utilizados nos primórdios da energia nuclear (anos 60 e 70), estando apenas 22 ainda no activo, todos no Reino Unido. Utilizam urânio natural ou muito pouco enriquecido, usando com meio permutador de calor gás carbónico (CO2), particularmente pela sua transparência a neutrões. O moderador usado é grafite. · RBMK: Este reactor de tecnologia Soviética tem uma filosofia semelhante aos BWR ocidentais, contudo apresentam uma instabilidade intrínseca (quando o reactor sobreaquece e se forma vapor no seu interior a reacção em cadeia acelera), esta característica foi em parte responsável pelo desastre de Chernobyl. Como tal, estes reactores têm sido desactivados progressivamente, embora ainda existam 17 em funcionamento na Rússia e países de leste. O RBMK utiliza urânio ligeiramente enriquecido como combustível, água como meio permutador de calor e grafite como moderador, [5]. 2.2.3. Outros Slide 10: IST, 17 de Novembro de 2008 10 2.2.4. Reactores Nucleares Avançados Terceira Geração Avançada Projectos mais simples que reduzem o custo de capital; Utilizam o combustível de forma mais eficiente; Possuem filosofias inerentemente seguras (segurança passiva); Mais fáceis de operar Menos susceptíveis a erros Maior tempo de vida do reactor para 60 anos (tipicamente); Menor risco de fusão do núcleo. Sistemas de segurança passivos ? princípios físicos: gravidade, convecção natural ou resistência a elevadas temperaturas Slide 11: IST, 17 de Novembro de 2008 11 European Pressure Reactor (EPR) - Framatone ANP Este reactor de ~ 1750MW (reactores Franceses N4 e dos Alemães Konvoi) ? electricidade 10% mais barata que os N4. Eficiência térmica: 36% (Finlândia, França, EUA) Foi proposto há pouco tempo para Portugal. Slide 12: IST, 17 de Novembro de 2008 12 Reactores Nucleares de 4ª Geração (cooperação internacional entre diversos países) capacidade de satisfazer a necessidade das gerações presentes, procurando melhorias que tragam às futuras gerações meios para a sociedade lidar com as suas necessidades futuras de forma indefinida no tempo. Sustentabilidade; Economia Fiabilidade Segurança “Gás-Cooled Fast Reactor System” (GFR) “Lead-Cooled Fast Reactor System” (LFR) Slide 13: IST, 17 de Novembro de 2008 13 “Molten Salt Reactor System” (MSR) “Sodium-Cooled Fast Reactor System” (SFR) “Supercritical Water-Cooled Reactor System” (SCWR) “Very-High-Temperature Reactor System” (VHTR) Slide 14: IST, 17 de Novembro de 2008 14 3. Ciclo do Combustível Nuclear Riscos = de outras actividades de mineração (possível inalação de poeiras). Minérios radioactivos ? inalação do radão ? obriga ventilação das galerias subterrâneas. Mina e tratamento do minério População: risco ~ 0 (produto disperso na natureza e uma vez concentrado é relativamente fácil mantê-lo fora do contacto com o homem) Slide 15: IST, 17 de Novembro de 2008 15 Conversão: transformação química ? pó na forma óxido (Yellow Cake), para a forma hexafluoreto (gasoso) ? enriquecimento isotópico. Não envolve riscos acrescidos em relação à radioactividade. Principal risco para os trabalhadores ? libertação acidental de hexafluoreto Não existem unidades de conversão na Península Ibérica. Slide 16: IST, 17 de Novembro de 2008 16 Enriquecimento Isotópico: operação física ? proporção dos isótopos naturais do urânio (U-235 e U-238) é alterada. (natural: 0,71% U-235) Os riscos desta etapa são os mesmos da etapa anterior. As unidades de enriquecimento instaladas na Europa servem cerca de uma centena de centrais cada, devido a razões económicas, pelo que não seria rentável instalar uma na Península Ibérica. Reconversão: transformação química do hexafluoreto ? óxido Os riscos envolvidos são os mesmos da etapa anterior embora quantitativamente muito menores. Slide 17: IST, 17 de Novembro de 2008 17 Fabrico do combustível: Riscos são pequenos e estão confinados aos trabalhadores. O fabrico de combustível com plutónio é efectuado em linhas de produção herméticas, para que não se libertem poeiras no local de trabalho. O único risco destas unidades prende-se com um possível incêndio, o qual lançaria na atmosfera aerossóis de urânio e plutónio que se espalhariam em redor das instalações. Na Península Ibérica existe uma fábrica de combustível, instalada em Juzbado, na província de Salamanca, que se encontra em funcionamento desde 1985. Slide 18: IST, 17 de Novembro de 2008 18 Central nuclear:. Na reacção em cadeia originam-se, como subprodutos, centenas de diferentes tipos de isótopos radioactivos. Estes isótopos ficam originalmente alojados na matriz cerâmica que constitui as pilhas de combustível, mas como as varas nas quais estão alojadas as pilhas não são perfeitas (existem sempre poros e defeitos de produção), alguns desses isótopos são libertados contaminando a central. Apesar destas “fugas”, em condições normais de funcionamento, as centrais nucleares apresentam uma contribuição para a exposição da população às radiações ionizantes desprezável face às radiações naturais. Slide 19: IST, 17 de Novembro de 2008 19 Armazenamento do combustível “queimado”: após um período de 3 a 4 anos no reactor nuclear, o combustível atinge o fim da sua vida útil e tem de ser substituído por combustível novo. O combustível irradiado contém elevadíssimas concentrações de radioisótopos ? manipulado à distância. Armazenamento: em piscinas junto aos reactores (posteriormente transferi-lo para instalações de reprocessamento ou, se o reprocessamento não for feito, para instalações temporárias de armazenamento de resíduos). Riscos: só os trabalhadores estão sujeitos a radioactividade no caso de alguma vara ser danificada durante a sua remoção do reactor. Slide 20: IST, 17 de Novembro de 2008 20 Reprocessamento: separação do urânio, do plutónio e de outros elementos radiotóxicos presentes no combustível queimado, que formam um resíduo radioactivo de alta actividade. Riscos: as instalações de reprocessamento são as mais poluentes de todo o ciclo de combustível. A carga radioisotópica dos seus efluentes, quer líquidos, quer gasosos, é tipicamente cerca de cem vezes superior à de qualquer central nuclear. A sua localização remota é imperativa. Uma vez que estas instalações processam o combustível de mais de uma centena de centrais, globalmente os seus efeitos aparecem muito atenuados, mas a nível local não deixam de ser preocupantes. Actualmente existem duas destas instalações na Europa Ocidental, no Reino Unido e em França. Slide 21: IST, 17 de Novembro de 2008 21 Depósito de resíduos: … Slide 22: IST, 17 de Novembro de 2008 22 4. Segurança Tal como em todas as outras formas de produzir energia, os acidentes podem acontecer. Os dois acidentes nucleares mais graves ocorridos até hoje foram o de Chernobyl, na Ucrânia (ex-URSS) e o de Three Mile Island, nos EUA. Barreiras; Limitação do tempo que os operadores podem permanecer em áreas com níveis de radiação significativos; Monitorização das doses individuais e do ambiente de trabalho. Slide 23: IST, 17 de Novembro de 2008 23 Slide 24: IST, 17 de Novembro de 2008 24 Um acidente com derretimento do núcleo tem de ser confinado à própria central, sem a necessidade de evacuar os residentes das redondezas. Em Chernobyl esta tragédia aconteceu e os resultados foram severos, validando de uma vez por todas a despesa extra envolvida em projectos com elevada segurança. Vista exterior da central nuclear de Chernobyl após o acidente de 26-04-1986. Slide 25: IST, 17 de Novembro de 2008 25 4.1 Segurança de Outras Fontes de Energia Todos os estudos efectuados em relação à segurança de centrais nucleares mostram que esta é de facto uma forma segura de produzir electricidade. Número de vítimas normalizado com a produção para diversas fontes energéticas. Fonte:“Nuclear?! Sim, Obrigado.” de Carlos Granjeiro e João Eustáquio, on line em http://nuclear.com.sapo.pt/index_ficheiros/Page2268.htm Slide 26: IST, 17 de Novembro de 2008 26 Central hidroeléctrica: Uma barragem hidroeléctrica após desabamento de parte da estrutura. O aproveitamento energético da água para produzir energia eléctrica traz consigo uma série de transformações que modificam o curso das águas do rio, como são a construção de represas, diques, canais, galerias, etc. Liberta-se uma enorme massa de água rotura do muro de contenção da central ou pela perda de assentamento do mesmo Slide 27: IST, 17 de Novembro de 2008 27 Central térmica a carvão: doenças respiratórias nos trabalhadores; doenças neurológicas, por inalação de pós provenientes do processo de extracção do carvão; possível perda de capacidade auditiva devido aos ruídos excessivos. População: o risco deve-se aos gases de combustão (SO2, CO, NO), hidrocarbonetos, matéria orgânica, cinzas, metais e elementos radioactivos, que provocam doenças respiratórias ou cancro. riscos ciclo de mineração do carvão e na operação e exploração da central Slide 28: IST, 17 de Novembro de 2008 28 5. resíduos Diversos estudos realizados até ao momento ? muitas das energias ditas “verdes” possuem piores desempenhos ambientais que o nuclear. “a produção de energia através de centrais nucleares não é isenta em termos de emissões de gases de efeito de estufa responsáveis pelas alterações climáticas. A sua construção é uma importante fonte de emissões, mas principalmente a exploração do urânio e também o transporte dos resíduos para reprocessamento ou armazenamento, acabam por contribuir significativamente. Os níveis calculados de emissão em termos de ciclo de vida colocam uma central nuclear numa situação pior que uma central a gás natural.” Slide 29: IST, 17 de Novembro de 2008 29 Impacto ambiental ao nível das emissões de gases com efeito de estufa para diversos tipos de energia. Slide 30: IST, 17 de Novembro de 2008 30 1. Resíduos gerados antes da central nuclear: Contêm radioactividade unicamente natural e são os materiais de resíduo: da extracção do urânio; da separação do urânio, a partir dos minerais extraídos, nos centros de fabricação de concentrados (“torta amarela”); do enriquecimento no urânio-235 para aumentar a concentração do isótopo fissionável; do fabrico do combustível nuclear. 2. Resíduos gerados no funcionamento das centrais nucleares: Fissão do combustível que se introduz no reactor para produzir energia. Slide 31: IST, 17 de Novembro de 2008 31 O local de armazenamento dos resíduos de alta radioactividade são as piscinas. Os resíduos são submersos a mais de dez metros de profundidade, sendo a água a blindagem utilizada, os resíduos ficam assim armazenados por algumas dezenas de anos. Os resíduos produzidos numa central nuclear são classificados em três níveis de radioactividade Alta Baixa Média são armazenados silos de betão armado, normalmente construídos nas imediações das centrais Slide 32: IST, 17 de Novembro de 2008 32 Apenas uma parte da solução e não um “milagre”. 6. Portugal e o Nuclear Factos: · Factura Energética paga por Portugal aumentou 268,8% em dez anos; · Manteve-se o total da componente importada de Energia Primária: 84,3% em 1995, e 83,6% em 2004. (Fonte: INE) Slide 33: IST, 17 de Novembro de 2008 33 Uma central nuclear não resolverá os problemas energéticos nacionais, basta notar que só 20% do consumo final de energia em Portugal é energia eléctrica. Slide 34: IST, 17 de Novembro de 2008 34 8. Considerações Finais A energia nuclear é uma alternativa viável no que concerne à geração eléctrica; Slide 35: IST, 17 de Novembro de 2008 35 Uma central nuclear daria uma razoável contribuição para produzir energia eléctrica (cerca de 1700MW), 3,75% da produção nacional de energia eléctrica em 2016 se o consumo final de electricidade atingir os 25% na próxima década. Esta produção não emite CO2 e ajudar-nos-ia a cumprir o Protocolo de Quioto, (não para 2012: a central levaria pelo menos 6 anos a construir); É importante notar que só uma central não irá resolver os problemas nacionais, mas se fizer parte de uma política de reformulação do sistema energético Português, com talvez 3 destas centrais (que produziriam energia suficiente para cobrir a base do nosso diagrama de cargas), então já estaríamos a caminhar no sentido de uma muito menor dependência energética e também no sentido de uma maior protecção ambiental. Adaptado de “Nuclear?! Sim, Obrigado.” de Carlos Granjeiro e João Eustáquio, on line em http://nuclear.com.sapo.pt/index_ficheiros/Page2268.htm Slide 36: IST, 17 de Novembro de 2008 36 8. Referências Bibliográficas – Bram, Leon L.; 1986, Funk & Wagnalls New Encyclopedia, volume 19 – http://www.iaea.org – http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/fusion.html – http://web.mit.edu/nuclearpower – http://www.nei.org/ – https://www.pbmr.com/ – http://www.umich.edu/~gs265/society/nuclear.htm – http://www.uic.com.au/nip60.htm – http://www.indirect.com/user/hlines/how_plan.htm – http://www.ap1000.westinghousenuclear.com/ – http://www.nucleartourist.com/type/advanced.htm – http://www.uic.com.au/nip16.htm – http://www.nrc.gov/reactors/new-licensing/design-cert/iris.html – http://www.framatome-anp.com/servlet/ContentServer?pagename=Framatome-ANP/view&c=rubrique&cid=1049449651371&id=1049449651371

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