ENERGIA NUCLEARE SUAS APLICAÇÕES
ENERGIA NUCLEARE SUAS APLICAÇÕES
Vladimir LevitVladimir Levit
2007
439 Reatores Nucleares fica em operação com potência total 372 GWe 39 reatores novos instalados 34 reatores em construção222 reatores em planejamento
> 50 anos Reatores Nucleares geram energia elétrica
Experiência > 9500 reatores – anos de trabalho
Origem principal de produção de energia nuclear
Fissão nuclear
n U U Ba Kr n Q 92235
92236
56141
3692 3*n U U Ba Kr n Q 92
23592
23656
1413692 3*
n U U Xe Sr n Q 92235
92236
54140
3894 2*n U U Xe Sr n Q 92
23592
23654
1403894 2*
Energia liberada nas reações de fissão nuclear é aproximadamente 175 MeV
Exemplos das reações de fissão nuclear
Reação em cadeia
Capacidade térmica de combustível diferente
CombustívelCapacidade térmicakWh /kg
Água (Queda de 100 m ) 2,8 x10-5
Carvão 8,2
Álcool 6,4
Petróleo 11,5
Gasolina 12,3
Gás 13,2
Hidrogênio 33,9
Nuclear 2,3x106
PaisesPopulação(milhões)
Geração EE
(109kWh)
Consumo EE per capita
(MWh/Pés/ano)
EmissãoCO2
(106 t)
% de Emissãomundial
Alemanha 82,42 593,20 7,20 857,60 3
Franca 63,33 540,24 8,53 417,75 1
Reatores de fusão
12
12
23
12
12
13
11
H H He n Q
H H H H Q
(Q = 3,25MeV)
(Q = 4,02MeV)
12
23
24
11H He He H Q (Q = 18,35MeV)
A energia liberada na fissão é 175 MeV.
A energia libertada por um núcleon em duas reações:
Em fusão: A = 2+3 = 5 E/A = 17,6/5 = 3,52 MeV. Em fissão: A = 235 E/A = 175/235 = 0,74 MeV.
Portanto a energia desprendida por grama nesta reação de fusão é cerca de 4-5 vezes maior do que na fissão.
12
13
24H H He n Q 1
213
24H H He n Q
Uma típica reação de fusão é :
onde Q vale 17,6 MeV.
Paises População(milhões)
Geração EE(109kWh)
Consumo EE per capita
(MWh/Pes)
EmissãoCO2
(106 t)
% de Emissãomundial
Todo Mundo 6 519,26 17987,31 2,76 29195,42 100
China 1 313,97 2717,50 2,07 6017,69 21
Índia 1 111,71 703,32 0,63 1293,17 4
Estados Unidos 298,44 4064,70 13,62 5902,75 20
Indonésia 231,82 125,67 0,54 280,36 1
Brasil 188,08 411,74 2,19 377,24 1
Paquistão 161,74 90,41 0,56 125,60 0
Bangladesh 147,37 22,94 0,16 42,74 0
Rússia 142,07 939,87 6,62 1704,36 6
Nigéria 131,86 22,11 0,17 101,07 0
Japão 127,52 1029,98 8,08 1246,77 4
México 107,45 236,39 2,20 435,60 2
Alemanha 82,42 593,20 7,20 857,60 3
Franca 63,33 540,24 8,53 417,75 1
Grã-Bretanha 60,61 370,89 6,12 585,71 2
Itália 58,16 288,92 4,97 468,19 2
65% 68% 68%
15 Maiores e importantes paises do mundo, 2006
Paises Geração EE(109kWh)
EmissãoCO2
(106 t)
Termoelétrico(109kWh)
Nuclear(109kWh)
Hidrelétrica(109kWh)
Eólica (109kWh)
Todo Mundo 17987,31 29195,42 11943,04 2660,26 2997,06 124,93
China 2717,50 6017,69 2225,06 54,85 431,43 3,68
Índia 703,32 1293,17 565,81 15,59 112,46 7,59
Estados Unidos 4064,70 5902,75 2884,39 787,22 289,25 26,59
Indonésia 125,67 280,36 109,82 0 9,53 0
Brasil 411,74 377,24 35,58 13,75 345,32 0,23
Paquistão 90,41 125,60 57,32 2,55 30,55 0
Bangladesh 22,94 42,74 21,57 0 1,38 0
Rússia 939,87 1704,36 619,65 144,30 173,65 0,01
Nigéria 22,11 101,07 14,47 0 7,64 0
Japão 1029,98 1246,77 633,68 288,26 84,90 1,67
México 236,39 435,60 187,23 10,32 30,09 0,06
Alemanha 593,20 857,60 364,65 158,91 19,73 29,18
Franca 540,24 417,75 52,15 427,68 55,27 2,04
Grã-Bretanha 370,89 585,71 280,38 71,68 4,56 4,01
Itália 288,92 468,19 239,13 0 36,62 2,82
Geração de Energia Elétrica por tipos, 2006
Parcela da Energia Nuclear em Geração
Nacional da Energia Elétrica
em 2001
Forças nucleares
Interação Forte
Campo Mesônico
Mésons:
Forças de Troca
Diagrama de uma Central Nuclear
ESTRATÉGIA PARA O SÉCULO
DEMANDA MUNDIAL DE ENERGIA
1. Grande aumento populacionalA população mundial está crescendo à razão de 100 milhões de pessoas por ano.Ate 2050 atingindo 10 bilhões de habitantes.
2. Esperança de uma qualidade de vida melhorA qualidade de vida está relacionada com a riqueza da sociedade
3. Necessidade de proteger o Meio-Ambiente
Demanda mundial de energia aumentado a 2,3% por ano nos últimos 200 anos.
1 ZJ (Z=1021 zetta) de Energia serão consumidas pelo mundo a cada ano em 2050, 3 vezes mais do que é usado atualmente. Para países pobres aumento será maior do que 5 vezes.
Estimativa da Demanda Relativa Mundial de Energia Formulada pelo Conselho Mundial de Energia (WEC)
1990 2050 2100
Mundo 1 1,7 – 3,1 2,3 – 4,8
Países de alta renda 1 1,3 1,2
Países de baixa renda 1 7,0 14,7
Fontes principais de energia no século XXI
1. Combustíveis Fósseis: Carvão Petróleo Gás natural
2. Fontes Renováveis de Energia : Energia Hidrelétrica Energia Solar Biomassa Energia Geotérmica Energia Eólica
· Energia de Resíduos
3. Energia Nuclear
Fonte 1990 2050 2100
Combustíveis fósseis
80% 70% 45%
Fontes Renováveis
7% 15% 25%
Energia Nuclear
13% 15% 30%
Gás natural e Energia Nuclear serão as fontes dominantes em 2050.
Algumas Previsões de Futuro
Produção Mundial de Energia Primária em 2001
Fonte Fonte PrimárioPrimário
Valor de Valor de produçãoprodução10101515 Btu * Btu *
PorcentagePorcentagemm%%
PetróleoPetróleo 155,34155,34 38,538,5
CarvãoCarvão 96,0296,02 23,823,8
Gás NaturalGás Natural 93,5393,53 23,223,2
HidrelétricoHidrelétrico 26,7026,70 6,66,6
NuclearNuclear 26,4526,45 6,66,6
Renovável **Renovável ** 3,113,11 0,80,8* British thermal units (Btu). ** Renovável: Geotérmica, Solar, Eólica, Madeira, Resíduos
Consumo mundial no ano 2006 (1013 kWh)
Energia Primaria Total (EP):
Energia Elétrica (EE):
4,723
1,799
EE ≈ 38% EP
> 60% do combustível fóssil é queimado dentro de motores diferentes
Residencial 50,3 11%
Comercial 26,4 6%
Industrial 175,0 37%
Transporte 91,9 20%
Perda de energia 128,9 27%
Energia Total Mundial Fornecida em 2006 (1015 BTU)
Reservas de Fontes Fósseis de Energia Primária em 2002
PaísPaís Petróleo em Petróleo em brutobruto
( 10( 1099 barrils) barrils)
Gás NaturalGás Natural(10(101212 pé pé 33))
CarvãoCarvão101066 t t
Arábia Arábia SauditaSaudita 261,7261,7 228,2228,2 --
RússiaRússia 53,953,9 1.700,01.700,0 173.074173.074
VenezuelaVenezuela 50,250,2 149,2149,2 528528
ChinaChina 29,529,5 42,842,8 126.215126.215
MéxicoMéxico 23,123,1 39.039.0 1.3351.335
EUAEUA 22,422,4 183,5183,5 273.656273.656
IndonésiaIndonésia 9,29,2 87,587,5 5.9195.919
BrasilBrasil 8,68,6 7,97,9 13.14913.149
AustráliaAustrália 3,83,8 80,080,0 90.48990.489
ÍndiaÍndia 3,83,8 15,415,4 93.03193.031
AlemanhaAlemanha 0,30,3 9,09,0 72.75372.753
MundoMundo 1018,71018,7 5930,25930,2 1.083.2591.083.259
Produção de Hidrogênio:
No processo químico de produção de H2 de gás natural para gerar 1 kg de H2 tecnologia produze 9 kg de CO2
Reator Nuclear durante dia pode produzir quantidade de H2 , que é
equivalente a 750000 L de gasolina
Espalhamento experimental de prótons de alta energia
Espalhamento nuclear
Seção de fissão de U-238
Seção de fissão de U-235
Energias médias (<E>) de nêutrons emitidos na fissão
Núcleo <E> MeV
U-233 2,06
U-235 2,03
Pu-239 2,10
Pu-240 1,86
Pu-241 2,09
Cf-252 2,14
Problemas de produção de energia de fissão nuclear
Urânio natural contem:
99,3% de U-238 e somente
0,7% de U-235 fissionável
Enriquecimento de urânio natural para produzir o combustível nuclear
1. Combustível
2. Moderador
3. Refletor
4. Refrigerante e sistema de refrigeração
5. Controlador e sistema de controle
6. Vaso do reator
7. Blindagem
Estrutura de Reator Nuclear
OUTRAS APLICAÇÕES DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA NUCLEAR
Reator de calor industrial de alta temperatura
Eletrólise de água para produção de hidrogênio
Dessalinização de água
Medicina nuclear: Diagnóstico médico Tratamento de câncer
Pesquisa científica básica
Agricultura Preservação de alimentos
Meio ambiente:
Tratamento dos rejeitos industriais e domésticos
Materiais novos (leves, de alta resistência )
Tratamento com irradiação para produção dos
plásticos, cerâmicas, metais entre outras
Produção dos radioisótopos
Aplicações industriais
Nucleocronologia
Ampola de Raios-X dentário
Análise Química
Fluorescência de Raios-X
Detector de Fumaça
Eliminador de Estática
Medidor de Densidade
Pára-Raios
Medidores de Nível
Perfilagem de Petróleo
Perfilagem de Poços
Medidores de Espessura
Medidores de Nível
Perfilagem de Petróleo
Perfilagem de Poços
Medidores de Espessura
Gamagrafia industrial
Densitometria Óssea
Diagnóstico/Produção Tecnécio
Radioterapia
Nucleocronologia por carbono -14
Espectrômetro de massa
Produção de Co-60
Produção de Cs-137
Imagem de coração em tomografia de pósitron
Escaniamento de iodin-123
Braquiterapia
Laboratório de controle de meio-ambiente na Usina nuclear
Ano Acidentes Feridos Vítimas
1988 6.887.000 3.416.000 47.087
1989 6.653.000 3.284.000 45.582
1990 6.471.000 3.231.000 44.599
1991 6.117.000 3.097.000 41.508
1992 6.000.000 3.070.000 39.250
1993 6.106.000 3.149.000 40.150
1994 6.496.000 3.266.000 40.716
1995 6.699.000 3.465.000 41.817
1996 6.770.000 3.483.000 42.065
1997 6.624.000 3.348.000 42.013
1998 6.335.000 3.192.000 41.471
1999 6.289.000 3.200.000 41.345
Tabela 1 apresenta 12 anos de GES e FARS dados de NCSA (National Center for Statistics and Analysis)
Tabela 1. Motor Vehicle Traffic Data.
Tabela 1 apresenta GES e FARS dados de NCSA (National Center for Statistics and Analysis)
Tabela 1. Motor Vehicle Traffic Data.
Ano Acidentes Feridos Vítimas
1988 6.887.000 3.416.000 47.087
1989 6.653.000 3.284.000 45.582
1990 6.471.000 3.231.000 44.599
1991 6.117.000 3.097.000 41.508
1992 6.000.000 3.070.000 39.250
1993 6.106.000 3.149.000 40.150
1994 6.496.000 3.266.000 40.716
1995 6.699.000 3.465.000 41.817
1996 6.770.000 3.483.000 42.065
1997 6.624.000 3.348.000 42.013
Ano Acidentes Feridos Vítimas
1998 6.335.000 3.192.000 41.471
1999 6.289.000 3.200.000 41.345
2000 6.356.000 3.200.000 41.945
2001 42.196
2002 6.316.000 2.900.000 43.005
2003 6.328.000 2.900.000 42.884
2004 42.836
2005 6.420.000 2.900.000 43.443
2006
País Acidentes Feridos Vítimas
Argentina 7.500
Australia 1.456 22.500 1.601
Brazil 35.000
Canada 160.000 2.900
China 450.000 470.000 100.000
According to the National Highway Traffic Safety Administration there are about 43,000 people killed in fatal car accidents each year in the United States. In addition to fatal accidents, about 2.9 million people are injured each year
According to the World Health Organization there are about 1.2 million People killed in traffic accidents every year, 10 Million are People Injured, costing an estimated US$ 520 Billion
Comparação de Geração e Consumo de Energia Elétrica em 2000 ( em 106 kWh )
PaísPaís GeraçãoGeração ConsumoConsumo
EUAEUA 3802,73802,7 3604,83604,8
ChinaChina 1287,71287,7 1188,81188,8
JapãoJapão 1015,01015,0 943,9943,9
RússiaRússia 835,4835,4 762,8762,8
CanadáCanadá 587,1587,1 509,9509,9
AlemanhAlemanhaa 536,2536,2 501,7501,7
ÍndiaÍndia 512,0512,0 477,5477,5
FrançaFrança 511,1511,1 405,9405,9
InglaterrInglaterraa 351,9351,9 341,5341,5
BrasilBrasil 339,5339,5 358,7358,7
ItáliaItália 256,0256,0 282,0282,0
EspanhaEspanha 210,3210,3 200,0200,0
Instalações Novos de Energia Elétrica em 2001(Potência, MkW)
Instalações Novos de Energia Elétrica em 2001(Potência, MkW)
PaísPaísTermelétricTermelétric
aaHidrelétricHidrelétric
aaNucleaNuclea
rrOutraOutra
ssTotaTota
ll
Estados Estados UnidasUnidas 600600 9999 9898 1616 813813
ChinaChina 237237 7979 22 00 318318
JapãoJapão 167167 2222 4545 11 235235
RússiaRússia 140140 4343 2121 00 204204
AlemanhaAlemanha 8181 44 2222 66 114114
ÍndiaÍndia 8383 2525 33 11 112112
CanadáCanadá 3333 6767 1111 00 111111
FrançaFrança 2727 2121 6363 00 111111
InglaterraInglaterra 6262 11 1212 00 7676
BrasilBrasil 77 6262 22 33 7373
ItáliaItália 5454 1313 00 11 6969
Geração Mundial de Energia Elétrica pelas fontes renováveis: Geotérmica, Solar, Eólica, Madeira e Resíduos em 1992-2001 (Bilião kWh)
PaísPaís 19921992 19931993 19941994 19951995 19961996 19971997 19981998 19991999 20002000 20012001
Estados Estados UnidosUnidos 77.577.5 79.779.7 80.280.2 78.178.1 79.479.4 80.880.8 80.780.7 83.483.4 85.785.7 84.884.8
AlemanhaAlemanha 5.75.7 6.16.1 7.67.6 8.38.3 9.29.2 9.99.9 12.612.6 13.113.1 18.618.6 22.622.6
JapãoJapão 18.418.4 18.518.5 19.719.7 21.821.8 22.722.7 24.424.4 17.817.8 18.718.7 19.019.0 19.119.1
BrasilBrasil 6.66.6 6.76.7 7.27.2 7.47.4 8.58.5 9.59.5 9.89.8 11.411.4 12.012.0 14.814.8
FilipinasFilipinas 5.45.4 5.45.4 6.06.0 5.85.8 6.26.2 6.96.9 8.58.5 10.110.1 11.011.0 12.212.2
EspanhaEspanha 0.70.7 0.80.8 1.01.0 1.51.5 1.91.9 2.82.8 3.53.5 5.45.4 7.17.1 9.29.2
FinlândiaFinlândia 4.74.7 5.75.7 6.16.1 6.36.3 5.85.8 7.87.8 9.39.3 8.38.3 8.58.5 8.48.4
ItáliaItália 3.83.8 4.04.0 3.83.8 4.04.0 4.54.5 5.35.3 6.16.1 6.96.9 7.67.6 7.87.8
CanadáCanadá 4.14.1 4.54.5 5.45.4 5.35.3 5.55.5 5.95.9 6.36.3 7.37.3 7.27.2 7.27.2
DinamarcaDinamarca 1.41.4 1.71.7 1.81.8 2.02.0 2.32.3 3.13.1 4.14.1 4.64.6 6.06.0 6.16.1
MéxicoMéxico 5.55.5 5.65.6 5.35.3 5.45.4 5.45.4 5.25.2 5.75.7 5.95.9 6.16.1 5.85.8
InglaterraInglaterra 2.12.1 4.54.5 4.64.6 5.45.4 2.62.6 3.13.1 3.73.7 4.64.6 5.05.0 5.75.7
Países Países BaixosBaixos 1.41.4 1.61.6 1.61.6 2.02.0 2.62.6 4.04.0 4.44.4 4.54.5 5.05.0 5.05.0
Mundo TotalMundo Total 156.3156.3 163.7163.7 171.2171.2 179.3179.3 182.8182.8 199.1199.1 204.1204.1 219.9219.9 238.7238.7 251.1251.1