1. Explique o processo de fissão nuclear e como ele é utilizado em usinas nucleares para gerar energia. Quais são os principais desafios e riscos associados à energia nuclear?

Passo 1

O enunciado pede para explicar o que é o processo de fissão nuclear, como esse processo é explorado em usinas para gerar eletricidade e quais são os principais desafios e riscos da energia nuclear. O conteúdo envolve física nuclear básica, engenharia de reatores e aspectos de segurança e meio ambiente.

Passo 2

A fissão nuclear é a quebra de um núcleo atômico pesado em dois fragmentos menores, liberando nêutrons e grande quantidade de energia. Uma reação típica de fissão do urânio-235 pode ser escrita como
U^235 + n ;to; Kr^92 + Ba^141 + 3,n + energia
Cada evento de fissão libera cerca de approx 200,MeV, em forma de energia cinética dos produtos e radiação.

Passo 3

Dentro de uma usina nuclear, o combustível (geralmente pastilhas de óxido de urânio enriquecido em U^235) é alojado em varetas no núcleo do reator. Um moderador (água leve, água pesada ou grafite) reduz a velocidade dos nêutrons, aumentando a probabilidade de novas fissões e mantendo a reação em cadeia controlada.
O calor gerado pela fissão aquece o refrigerante (água ou outro fluido), que circula por trocadores de calor para produzir vapor. Esse vapor aciona turbinas conectadas a geradores elétricos, transformando energia térmica em energia elétrica via ciclo termodinâmico tipo Rankine.

Passo 4

Um dos maiores desafios é a gestão dos resíduos radioativos. Os produtos de fissão e materiais ativados pelo fluxo de nêutrons permanecem perigosos por períodos que variam de décadas a milhares de anos, exigindo armazenamento geológico ou piscinas de resfriamento com blindagem adequada.
Outro desafio é garantir a segurança contra acidentes e a liberação de radiação. Sistemas de resfriamento devem permanecer operacionais mesmo em situações extremas (falhas múltiplas, terremotos, eventos externos), pois perda de refrigeração pode levar à fusão do combustível (meltdown).
Riscos adicionais incluem a proliferação de materiais fissíveis (como Pu^239 produzido em reatores) e o alto custo inicial de construção e descomissionamento de usinas. O ciclo do combustível, licenciamento rigoroso e seguros elevam ainda mais o investimento.

Resposta

O processo de fissão nuclear consiste na divisão de núcleos pesados (por exemplo, U^235) em fragmentos menores, liberando nêutrons e energia. Em usinas, esse calor é usado para gerar vapor e acionar turbinas que produzem eletricidade.
Principais desafios e riscos:
  • Gestão de resíduos radioativos de longa meia-vida.
  • Segurança contra acidentes graves e derretimento de combustível.
  • Proliferação de materiais nucleares para fins bélicos.
  • Alto custo e complexidade de construção, operação e desativação de usinas.

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