Uma usina nuclear produz energia elétrica e em alguns casos, dependendo do tipo de sistema, também produz água potável e vapor para aquecimento.
Energia nuclear é a força que mantem os componentes do núcleo de um átomo unidos. O romper desta força é capaz de produzir energia térmica. Num reator, o objetivo é romper esta força e usar a enorme quantidade de energia térmica liberada para gerar vapor, que produzirá movimento e por fim, eletricidade. Assim, a energia elétrica não é gerada diretamente dos átomos que se dividem.
Mas, para fazer isto, deve-se cercar de vários cuidados, mantendo sob controle a quantidade e a energia liberada. Para começar, precisamos de uma estrutura ou instalação apropriada para isto, conhecida como usina nuclear.
Numa usina nuclear há um envoltório de contenção, também conhecido como barreira biológica, composto de uma barreira de aço com uma barreira de concreto, superposta à primeira, onde fica o circuito primário de uma usina nuclear. Esta estrutura, o prédio do reator, deve conter qualquer problema que aconteça neste circuito, impedindo que escape para o ambiente externo. Também deve ser resistente a ataques externos, como a queda de um avião, choque de míssil, terremoto, raios e inundações.
Além de usinas para produção de eletricidade, reatores nucleares podem ser instalados em navios, submarinos e satélites. O circuito primário compreende o reator, onde ocorrerá a reação de fissão nuclear, que é a "quebra" dos átomos de U235 através do choque de nêutrons nestes átomos de urânio.
O urânio natural tem três formas ou isótopos (átomos do mesmo elemento químico, mas com diferentes números de nêutrons):
| Urânio | Concentração | |
| U238 (92 prótons + 146 nêutrons) | 99,2739% | |
| U235 (92 prótons + 143 nêutrons) | 0,7205% | |
|
0,0056% |
O U235 é o mais instável e, portanto, mais propenso à fissão. O processo de enriquecimento aumenta sua porcentagem no combustível nuclear. O combustível utilizado em Angra II possui, na média, 2,46% de U235. Ele não é constituído de urânio puro, mas de um composto sintético desse elemento, o dióxido de urânio (UO2) .
Num reator, há mais urânio do que se encontra em mais de 100 bombas atômicas, porém jamais ocorrerrá uma explosão atômica devido ao grau de enriquecimento ser muito baixo para isto e o combustível ser bem disperso entre materiais inertes como o U238, fluido moderador e de resfriamento. Em reatores nucleares de navios, submarinos e satélites, o grau de enriquecimento é muito maior, pois não é previsto que haja recarga de seus reatores, devendo o grau de enriquecimento ser compatível com a vida útil da nave.
O UO2 é compactado em pastilhas de 10 mm de diâmetro que têm a forma de um cilindro de cerca de 1 cm de comprimento e de diâmetro, acomodadas no interior de varetas de 4,40 m de comprimento e 10,76 mm de diâmetro de zircaloy (uma liga de zircônio), hermeticamente fechadas e que suportam temperaturas até 1.852 ºC. Uma vareta garante fornecimento de energia a uma cidade de 20.000 habitantes, durante 24 horas. São necessárias 235 dessas varetas para formar um conjunto, o elemento combustível. Este elemento, com 530 kg de urânio enriquecido. Um reator como o de Angra I precisa de 121 elementos combustíveis. No total são mais ou menos 11 milhões de pastilhas de urânio.
O núcleo do reator de Angra II possui mais de 45.000 varetas, agrupadas em 193 elementos combustíveis.
Em meio ao combustível, composto de pastilhas de dióxido de urânio, são colocadas pastilhas de califórnio, elemento químico que naturalmente emite nêutrons e que dará a partida à reação de fissão. Na fissão, um nêutron atinge o átomo de U235 e usualmente divide-o em dois átomos menores. Esta divisão libera não apenas calor, mas também dois ou três nêutrons, que, por sua vez, atingem e dividem outros átomos. Assim, ocorre uma reação em cadeia de fissão nuclear.
A forma de controlar a reação em cadeia consiste na eliminação do agente causador da fissão: o nêutron. Não havendo nêutrons disponíveis, não pode haver reação de fissão em cadeia. Alguns elementos químicos, como o boro, na forma de ácido bórico ou de metal, e o cádmio, em barras metálicas, têm a propriedade de absorver nêutrons, porque seus núcleos podem conter ainda um número de nêutrons superior ao existente em seu estado natural, resultando na formação de isótopos de boro e de cádmio.
À medida que cerca de 10.000.000.000.000.000 de átomos são divididos a cada segundo formam-se átomos menores de outros elementos radioativos.
Com a fissão, haverá liberação de energia térmica. A energia é liberada em proporção altíssima, regida pela equação de Einstein E = m.c², onde "E" é a energia, "m" é a massa e "c" é a velocidade da luz (300.000 km/s). Isso faz a temperatura média das pastilhas chegar a 1.300 ºC.
Os resíduos radioativos que se acumulam num reator nuclear precisam ser periodicamente removidos, pois fazem com que um reator perca potência. Assim, aproximadamente a cada 1 ano de operação, um reator grande precisa ser paralisado e os resíduos precisam ser removidos. Isso significa manusear veneno radioativo de longa duração equivalente ao produzido por 2.000 bombas do tipo da de Hiroshima e substituir 1/3 do combustível.
Reator PWR
O sistema PWR (Pressurized Water Reactor - Reator a Água Pressurizada), ainda é a opção tecnológica mais inteligente e segura disponível na área nuclear. O PWR opera com 6 barreiras de defesa, que tornam remota a possibilidade de escape de material radioativo para o meio ambiente.
| Primeira | O combustível é comprimido em pastilhas que só fundem a mais de 2.800 ºC; |
| Segunda | as pastilhas são postas em varetas que resistem a 1.800 ºC; |
| Terceira | essas varetas distribuem-se em um vaso de pressão, com paredes de 25 cm de espessura; |
| Quarta | o vaso fica em um fosso de concreto com tampa de aço; |
| Quinta | uma esfera de aço, de 3 cm de espessura, envolve a área e idealmente é capaz de reter o material que escape do reator; |
| Sexta | fracassando todas as defesas, a última barreira: o edifício de concreto, com 70 cm de espessura. |
O resfriamento de um reator num sistema PWR é realizado pela circulação de água no Sistema de Resfriamento do Reator (SRR), que vem a ser o próprio sistema primário, composto basicamente pelo reator, tubulação (perna quente e perna fria) e 2 bombas de resfriamento do reator (BRR) e Gerador de Vapor. Basicamente, porque há outros elementos, como pressurizador e um tanque de controle químico e volumétrico e etc.
A água passa por um processo de desmineralização para remover sais minerais que se aquecidos e sobre pressão tenderiam a formar crostas na parede do SRR e isto dificultaria a transferência de calor, o que poderia promover trincas na tubulação. Caso isto acontecesse, qualquer ruptura naquele sistema primário, iria produzir um acidente chamado LOCA (Loss of Coolant Accident - Acidente de Perda de Refrigerante), -instantaneamente milhares de litros d'água seriam vaporizados expondo os elementos e o reator a um sobreaquecimento que forçosamente desencadearia o acionamento do Sistema de Injeção de Segurança (uma série de ações que entrariam em serviço para evitar que houvesse uma explosão térmica no interior do envoltório do reator [inundação com água proveniente de tanques de segurança, spray de soda cáustica, etc]).
Como o aquecimento é consequência da reação de fissão, pode-se controlar o aquecimento através do controle desta reação, que é feito de forma grossa com barras de controle, absorvedoras de nêutrons, que deslizam para o núcleo do reator em situações de emergência, atenuando ou interrompendo o processo de fissão, encamisando os elementos combustíveis; e de forma fina, com a adição de boro, que irá desacelerar os nêutrons livres. A água também absorve parte dos nêutrons (que atravessam as varetas), mantendo a fissão sob controle.
Caso uma BRR apresente problemas (perda de alimentação), ela ficará girando, devido a inércia, o que por projeto será suficiente para levar o reator a uma condição de segurança (HZP- hot zero power, HSD- hot shutdown, CSD- cold shutdown) e as barras de controle irão cair por gravidade sobre os elementos se acontecer perda de alimentação.
A água neste circuito atingirá a temperatura de 350 °C e 157 atm de pressão. Ao remover o calor do interior do reator, a água refrigera o núcleo de baixo para cima, impedindo a explosão térmica do reator, o pior acidente possível; então, a água passará por tubulações de menor diâmetro que atravessam o gerador de vapor.
O gerador de vapor é comum ao circuito primário e secundário, onde além dele estão o turbogerador e o condensador. A água contida no gerador de vapor se aquecerá por condução e no topo do gerador de vapor será extraído vapor que movimentará a turbina a 280,3 ºC.
A turbina converterá a energia térmica em energia cinética, fazendo a turbina girar a 1.800 rpm, podendo atender a uma capacidade de demanda de 626 MWh. (Angra I é assim, pois seu gerador de 20 KV de tensão apresenta dois dipolos; caso tivesse apenas um dipolo, para 60 Hz, deveria girar a 3.600 rpm, o gerador de Angra II gira a 1.800 rpm, gerando uma tensão de 25 KV e uma potência bruta de 1.309 MW.)
A diferença que muitas vezes se nota nos dados de potência é relativo a se o valor é a potência líquida ou bruta. A potência bruta não leva em consideração o consumo próprio para gerar. Na potência líquida, o consumo interno da usina já está descontado. Por exemplo, Angra I gera 657 MW brutos e descontando seu consumo, tem-se 626 MW entregues ao sistema elétrico.
O vapor após ter realizado trabalho na turbina é puxado por vácuo até a caixa do condensador, onde é resfriado indiretamente pela água do mar que passa pelos 48.000 tubos de titânio (Angra I), montados transversalmente ao fluxo do vapor, retornando ao estado líquido. Outra bomba irá retirar esta água e alimentar o gerador de vapor para que o processo se repita.
A água do mar (água de circulação) é captada à frente da usina por um sistema de bombas que alimentam as caixas do condensador, na Tomada d'Água é clorada (para evitar a formação de colônia de esponjas, cnidários e poliquetas no interior dos tubos) e através de um túnel com cerca de 1 km de extensão é novamente lançada ao mar na Praia de Piraquara de Fora com cerca de 24 °C. É a única praia quente da região Sudeste, no sentido térmico da palavra.
(Para resfriar seu mecanismo, uma usina nuclear suga tremenda quantidade de água refrigerante de um rio ou lago próximo, e então despeja de novo a água, quente. As usinas de energia convencionais também fazem isso, mas as usinas nucleares liberam muito mais calor. Por aumentar assim a temperatura dum rio ou lago, o oxigênio contido na água é reduzido. Não só isto pode matar os peixes, mas também promove o crescimento das algas, que, no curso da decomposição, consomem ainda mais oxigênio. Logo a água começa a cheirar mal e ter gosto ruim.A isto se chama de poluição térmica.)
O gerador conectado à turbina pelo mesmo eixo ao girar também, produzirá energia elétrica. Afinal, quando um núcleo de ferro submetido a um campo magnético (indução eletromagnética) gira em volta deste, surge nas extremidades das bobinas de fio uma diferença de potencial elétrico (eletricidade).
A energia elétrica é levada a transformadores e aumentada para 500.000 V, a fim de ser transmitida à distância para subestações de grande porte que irão distribuir para subestações menores, onde esta tensão será rebaixada, até que possa ser utilizada em nossas casas, 127 V ou 220 V.
As usinas nucleares são uma forma de obtenção de energia elétrica típica de países desenvolvidos, já que o custo de instalação é elevado e a tecnologia incorporada ao processo é avançada.
Em caso de acidentes (como Chernobyl, na Ucrânia, e o de Three Mile Island, nos EUA), a radioatividade leva anos ou mesmo séculos para se dissipar. Ainda com relação aos danos ambientais, devemos considerar o problema do destino a ser dado ao lixo atômico.
No Brasil
O programa nuclear brasileiro teve início em 1969, quando o Brasil comprou a usina de Angra l da W.Westinghouse (EUA), com capacidade de produção de 626MW (5% da capacidade instalada de Itaipu), sem haver transferência de tecnologia. A usina foi instalada na praia de Itaorna, em Angra dos Reis, sobre uma falha geológica, e foi apelidada de "vaga-lume", tal é a incidência de problemas técnicos que obrigam que ela seja desligada.
Em 1975, o Brasil assinou um acordo nuclear com a Alemanha, através da Siemens. Previa-se, inicialmente, a contrução de oito usinas, com transferência de tecnologia. Após consumir bilhões de dólares, apenas se iniciaram as obras de Angra ll e lll. Em 1993, a participação da usina de Angra l na produção nacional de energia elétrica foi nula.
A Descoberta
Em 1885, o cientista alemão Wehleem Konrad Röentgen constatou, pela primeira vez, a existência de certa radiação que, como a luz, era capaz de sensibilizar chapas fotográficas e provocar fluorescência em certas substâncias. A esta radiação Röentgen deu o nome de raio x, por ainda desconhecer sua origem e características. O físico francês Henri C. Becquerel descobriu em 1896 que os raios x eram emitidos por toda substância fluorescente. Para isso, ele utilizou um composto de urânio, o sulfato duplo de potássio e uranila. Após expô-lo ao sol, verificou que era capaz de impressionar uma chapa fotográfica envolvida por um papel negro. Becquerel concluiu depois que a substância impressionava a chapa mesmo sem ter sido exposta à luz. Becquerel recebeu o prêmio Nobel de Física de 1903 pela descoberta da radioatividade natural.
Em 1898, o casal Pierre e Marie Curie descobriu um elemento 400 vezes mais radioativo que o urânio: eles obtiveram êxito em separar 1 grama de uma substância radioativa, a partir de 1 tonelada de minério. Essa substância ficou conhecida como polônio, em homenagem a Marie, que era polonesa. Chegaram ainda à um elemento mais radioativo: o rádio.
Em 1938, o físico germano-americano HansAlbrecht Bethe lançou a hipótese bastante aceita de que a energia liberada pelas estrelas provém de reações de fusão nuclear.
Elementos Radioativos
Rádio- Metal de símbolo Ra, número atômico 88, massa atômica 226,05, descoberto em 1898 por P. e M.Curie, é dotado de intensa radioatividade. O rádio é um metal alcalino terroso, que funde a 700 °C. Muito raro na natureza, é extraído da pechblenda. Desintegra-se com uma vida média de 1620 anos, produzindo uma emanação gasosa de hélio e de radônio. Esse último, também radioativo, transmuta-se no polônio que, por uma série de novas desintegrações, conduz finalmente ao chumbo 206. As radiações alfa, beta e gama emitidas pelo rádio são dotadas de grande poder bactericida e sua ação fisiológica acarreta a destruição dos tecidos e a suspensão da mitose, donde diversas aplicações terapêuticas (curieterapia).
Tório- Metal raro de símbolo Th, número atômico 90, massa atômica 232,038,branco, cristalino, de densidade 12,1, e que funde a 1700°C, aproximadamente, extraído da torita.
Urânio- Metal de símbolo U, número atômico 92, massa atômica 238,07, e densidade de 18,7, extraído do óxido de urânio. Último elemento natural da classificação periódica, o urânio foi isolado em 1841 por Péligot. Trata-se de um sólido cinza-ferro, que funde a 1800°C e se oxida facilmente. O óxido uranoso, ou urano, UO2, é um sólido negro, de propriedades básicas, a que correspondem os sais uranosos, verdes.
O anidrido urânico, UO3, alaranjado, é anfótero e produz, em reação comos ácidos, sais de uranila (pois contém o radical UO2). Tais sais são amarelos e dotados de fluorescência verde. O UO3 dá também, ao reagir com as bases, os uronatos, como o Na2UO4; este, incorporado ao vidro, resulta no vidro de urânio, que se torna fosforescente sob a ação de raios ultravioletas.
O minério de urânio mais importante é a pechblenda, ou uraninita, U3O8. Existem, todavia, muitos outros, que vêm sendo ativamente extraídos.
Foi no urânio que Henri Becquerel descobriu a radioatividade. O produto natural é uma mistura de três isótopos, entre os quais o U238, mais abundante, gerador da família do rádio, e o U235, gerador da família do actínio. Sob a ação de nêutrons, o urânio 238 pode transformar-se em plutônio, e o urânio 235 pode sofrer fissão nuclear.
Em virtude da baixa concentração do urânio em seus diversos minérios (em geral menos de 1%), os tratamentos metalúrgicos compreendem inicialmente uma concentração física e, depois, uma concentração química dos sais de urânio. Após a purificação do concentrado, o metal é elaborado, a partir do tetrafluoreto, por redução metalotérmica pelo magnésio ou pelo cálcio. É afinado por refusão à vácuo antes de enformado e tratado termicamente. O urânio é utilizado sobretudo como combustível nos reatores nucleares (barras, tubos, anéis); seja em estado puro, seja em liga como o molibdênio, ou ainda em compostos refratários (óxido, carboneto). Pode também ser enriquecido num isótopo físsil, principalmente pelo processo seletivo da difusão gasosa do hexafluoreto através de paredes porosas, ou pelo processo de ultracentrifugação.
Polônio- Metal de símbolo Po, radioativo, de número atômico 84, massa atômica 210, que acompanha geralmente o rádio.
Física Nuclear
Para extrair um elétron de um átomo, é necessário uma certa quantidade de energia. Da mesma forma, cada núcleo (próton ou nêutron) necessita também de grande quantidade de energia, que é da ordem de milhões de vezes. Por esse motivo, a física nuclear é denominada "física de alta energia".
Fissão Nuclear
A divisão do núcleo do átomo, que é responsável pela liberação de grande quantidade de energia térmica, trata-se da chamada reação de fissão nuclear. Tal reação é obtida através do bombardeamento do núcleo de um átomo por um nêutron. Isto causa grande instabilidade no núcleo do átomo, acarretando em sua divisão. A grande energia que mantinha a própria integridade do núcleo atômico é liberada em forma de energia térmica. Com a divisão do núcleo, dois nêutrons adicionais são produzidos e arremessados em direção a outros átomos, bombardeando seus núcleos e podendo gerar reações sucessivas, em cadeia contínua.
Enrico Fermi, em 1934, bombardeando núcleos com nêutrons de velocidade moderada, observou que os núcleos bombardeados capturavam os nêutrons. Pouco tempo depois, após o bombardeamento de urânio com nêutrons moderados, a equipe do cientista alemão Otto Hahn constatou a presença de átomos de bário, vindo a concluir que, após o bombardeio, núcleos instáveis de urânio, partiam-se praticamente ao meio.
Como os nêutrons não possuem carga elétrica, não sofrem desvio de sua trajetória, devido ao campo eletromagnético do átomo. Estando muito acelerado, atravessariam completamente o átomo; estando a uma velocidade muito lenta, seriam rebatidos; mas com velocidade moderada, ficam retidos, e o novo núcleo formado, instável, sofre desintegração posterior com emissão de partículas beta. Somente alguns átomos são capazes de sofrer fissão, entre eles o urânio-235 e o plutônio.
A enorme quantidade de energia produzida numa fissão nuclear provém da transformação da matéria em energia. Na fissão nuclear há uma significativa perda de massa, isto é, a massa dos produtos é menor que a massa dos reagentes. Tal possibilidade está expressa na famosa equação de Einstein: E=mc2(ao quadrado), onde E é a energia, m a massa e c a velocidade da luz no vácuo. No processo de fissão, cerca de 87,5% da energia liberada aparece na forma de energia cinética dos produtos da fissão e cerca de 12,5% como energia eletromagnética.
Fusão Nuclear
A fusão nuclear consiste na produção de energia realizada através da reunião de núcleos de átomos, processo este que gera a formação de átomos maiores. Quando o deutério e o trítio (dois isótopos do hidrogênio) colidem entre si, ocorre a fusão nuclear. A nova combinação formada entre estes isótopos produz energia através da liberação de um nêutron. Também é produzido um átomo de hélio maior que os átomos comuns que formam este elemento. As reações de fusão constituem a fonte de energia das maiores usinas do universo: as estrelas. Embora uma estrela seja inicialmente apenas uma nuvem de hidrogênio, a contração, causada pela sua própria atração gravitacional, aumenta sua pressão, densidade e temperatura. Os choques entre os átomos aumentam em número e violência, até que eles passem a liberar seus elétrons. A massa de núcleos e elétrons assim produzida é conhecida como plasma. Este é o quarto estado da matéria, sendo os outros três o sólido, o líquido e o gasoso. É no plasma que se realizam as reações de fusão.
Os Perigos da Radiação
A radiação danifica os tecidos vivos, de modo que as pessoas que trabalham com material radioativo devem se proteger. Os raios alfa e beta são absorvidos mais facilmente, mas os raios gama são muito mais penetrantes. Os elementos de núcleo atômico alto absorvem melhor os raios gama, em comparação com os de baixo número atômico. A radiação em excesso pode causar câncer, a multiplicação acelerada e desenfreada de células de certas regiões do corpo. Os efeitos biológicos da radiação são diversos, entre eles o desenvolvimento de tumores, leucemia, queda de cabelo, redução na espectativa de vida, indução à mutações genéticas, malformações fetais, lesões de pele, olhos, glândulas e órgãos do sistema reprodutivo.
Como funciona uma Usina Nuclear ?
Apesar de sua complexidade tecnológica, o funcionamento de uma Usina Nuclear é fácil de compreender.
O princípio é semelhante ao de uma Usina Térmica Convencional, onde o calor gerado pela combustão do carvão, do óleo ou do gás vaporiza a água em uma cadeia. Este vapor aciona uma turbina, à qual está acoplado um gerador, que produz a energia elétrica. Na Usina Nuclear, o calor é produzido pela fissão do urânio no núcleo do reator. Essa fissão consiste na divisão do núcleo pesado de urânio em duas partes quase iguais ( que são núcleos de elementos mais leves), acompanhada da liberação de uma quantidade de energia relativamente grande, e geralmente um ou mais nêutrons.
Qual os motivos plausíveis para a instalação de Usinas Nucleares no Brasil?
Baixo impacto ambiental
A exposição do meio ambiente à radiação devida a centrais nucleares é, de longe, muito mais baixa do que aquela causada pelo espectro de outras fontes artificiais, sendo apenas de cerca de 1% da exposição devida à radiação natural. Considerando que as centrais nucleares não exercem impacto sobre o meio ambiente, pois não emitem poluentes químicos nem queimam oxigênio, elas se incluem entre as centrais termoelétricas mais aceitáveis do ponto de vista ecológico.
Alta Economicidade
O conteúdo energético de um quilograma de combustível nuclear é muitas vezes maior do que aquele da mesma massa do carvão ou óleo combustível. Um combustível nuclear contendo 3,1% de urânio físsil (U-235), por exemplo, produz, aproximadamente, 80.000 vezes a energia produzida pela mesma quantidade de carvão mineral. O baixo consumo de combustível, em termos de massa, nos reatores nucleares significa que os custos do combustível representam cerca de uma Quarta parte dos custos totais de geração. Consequentemente, os custos de geração de energia elétrica das centrais nucleares são relativamente pouco influenciados pelos aumentos do preço do combustível.
A energia elétrica é fator essencial para assegurar o crescimento econômico do país e a qualidade de vida da sua população. Porém os recursos hídricos disponíveis nas proximidades dos principais centros consumidores estão se esgotando. E é cada vez mais difícil o licenciamento ambiental dos aproveitamentos hídricos remanescentes e economicamente viáveis. E, apesar de tudo isso, a demanda de energia continua crescente.
Este quadro assegura às usinas nucleares um importante papel na matriz energética nacional. Esta opção torna-se ainda mais atraente quando consideramos que o Brasil possui a 6ª maior reserva mundial de urânio, o que nos assegura a independência no suprimento de combustível, podendo abastecer cerca de 30 usinas como Angra I, durante 40 anos.
Como o Urânio é extraído, até se tornar pastilha?
Com o uso da radiação ionizante pode-se induzir mutações em sementes ou propagações vegetativas, obtendo-se novas variedades de plantas mais produtivas, com ciclo vegetativo mais curto. O feijão, o arroz, o trigo, a cana-de-açúcar, o mamão, a laranja, a videira e outros vegetais foram tratados com raios-gama e através de mutações obtidas foi possível "criar" plantas com maior rendimento agrícola e também resistentes às doenças. Em alguns casos o valor nutritivo do alimento foi melhorado através do teor de proteína.
A radiação ionizante também é empregada na conservação de alimentos e isto tem sido motivo de muitas pesquisas. Para produtos tais como, carnes em geral a quantidade de radiação necessária para destruir os microorganismos e enzimas responsáveis pelo apodrecimento do produto é muito elevada, e isto causa mudanças na cor, textura e sabor dos alimentos. Nestes casos (carnes), assim como para frutas e hortaliças, a radiação é para ser usada como suplemento dos métodos convencionais de preservação, como o calor e o frio. Assim, doses mais baixas de radiação, que não alteram a aparência nem o sabor do alimento, podem ser usadas para prolongar a "vida" de muitos alimentos frescos, mantidos em geladeira.
Um exemplo típico da boa conservação de alimentos por radiação, é a batatinha. Este produto é freqüentemente armazenado por meses até seu consumo. Deve haver precauções para prevenir sua deterioração durante o armazenamento, não somente pela murcha mas principalmente com o brotamento. O armazenamento a frio inibe o brotamento mas é dispendioso e causa a transformação do anidro em açúcares, deixando a batatinha escura ou quase preta, quando frita. O armazenamento a temperaturas mais elevadas (ambiente) evita esta transformação do amido mas favorece o brotamento. A radiação ionizante resolve este problema. Com baixas doses de raios-gama, a batatinha pode ser armazenada em condições ambientais por um ano ou mais, sem que nenhuma mudança química indesejável ou brotamento ocorra. O mesmo processo pode ser empregado em cebola e alho.
Os bovinos são suscetíveis a uma importante doença causada por vermes (nemátodos), chamada bronquite parasitária. É uma doença que tem ampla distribuição pelo mundo, e a radiação ionizante e utilizada no preparo de vacinas irradiadas.
Esta doença acomete principalmente bezerros, levando a distúrbios respiratórios, pois as larvas do verme alojam-se nos pulmões do animal e muitas vezes causa a morte.
Uma vacina oral, muito eficiente, é preparada com suspensão de larvas do verme que são inativadas quando irradiada com radiação gama. Esta suspensão de larvas inativadas(vacina) é fornecida por via oral ao gado e o organismodo animal é estimulado a produzir uma resposta imunogênica. Com isto o gado fica protegido da doença.
Aplicações da radioatividade na geologia
Na geologia são usados isótopos radioativos para fazer datação de um objeto de origem orgânica, o mais usado é o 14C (carbono 14).
Os átomos de carbono 14 radioativos, surgem no Terra quando os raios cósmicos(bombardeamento de nêutrons) reagem com o nitrogênio do ar:
Os animais e as plantas absorvem o isótopo 14C pelo CO2 presente na atmosfera ou pela cadeia alimentar. Quando mortos, a quantidade do isótopo cai, pois essa absorção cessa e ele começa a sua desintegração:
De aordo com a meia-vida do carbono 14(5600 anos) determinamos a idade dos artefatos.
Existem outros isótopos radiativos usados nos processos de datação que variam de acordo com sua aplicação:
Hidrogênio (títrio) (H-3):
-usado no envelhecimento de vinhos
-meia-vida de 12 anos
Potássio (K-40):
-Usado nas rochas da crosta terrestre e lunar
-meia-vida de 1.300.000.000 anos
Aplicações das Radiações na Medicina
Na Medicina, as aplicações da radiação são feitas em um campo genericamente denominado Radiologia, que por sua vez compreende a radioterapia, a radiologia diagnostica e a Medicina nuclear.
Radioterapia
A radioterapia utiliza radiação no tratamento de tumores, principalmente os malignos, e baseia-se na destruição de tumor pela absorção de energia da radiação. O princípio básico utilizado maximiza o dano no tumor e minimiza o dano em tecidos vizinhos normais, o que se consegue irradiando o tumor de várias direções. Quanto mais profundo o tumor, mais energética deve ser a radiação a ser utilizada. Tubos de raios X convencionais podem ser utilizados no tratamento do câncer de pele. A chamada bomba de cobalto nada mais é que uma fonte radioativa de cobalto-60, utilizada para tratar câncer de órgãos mais profundos. As fontes de césio-137, do tipo que causou o acidente de Goiânia, já foram bastante utilizadas na radioterapia, mas estão sendo desativadas pois a energia da radiação gama emitia pelo césio-137 é relativamente baixa. A nova geração de aparelhos de radioterapia são os aceleradores lineares. Eles aceleram elétrons até uma energia de 22 MeV, que, ao incidirem em um alvo, produzem raios X com energia bem mais alta que os raios gama do césio-137 e mesmo do cobalto-60 e são, hoje em dia, bastante utilizados na terapia de tumores de órgãos mais profundos como o pulmão, a bexiga, o útero etc. Na radioterapia, a dose total absorvida pelo tumor varia de 7 a 70 Gy, dependendo do tipo do tumor. Graças à radioterapia, muitas pessoas com câncer são curadas hoje em dia, ou se não, têm a qualidade de vida melhorada durante o tempo que lhes resta de vida.
Radiologia diagnostica
A radiologia diagnostica consiste na utilização de um feixe de raios X para a obtenção de imagens do interior do corpo em uma chapa fotográfica, ou em uma tela fluoroscópica, ou ainda em uma tela de TV. O médico, ao examinar uma chapa, pode verificar as estruturas anatômicas do paciente e descobrir a existência de qualquer anormalidade. Essas imagens podem ser tanto estáticas quanto dinâmicas, vistas na TV em exames, por exemplo, de cateterismo para verificar o funcionamento cardíaco.
Em uma radiografia convencional, as imagens de todos os órgãos sã o superpostas e projetadas no plano do filme. As estruturas normais podem mascarar ou interferir na imagem de tumores ou regiões anormais. Além disso, enquanto a distinção entre o ar, o tecido mole e o osso pode ser feita facilmente em uma chapa fotográfica, o mesmo não ocorre entre os tecidos normais e anormais que apresentam uma pequena diferença na absorção de raios X. para visualizar alguns órgãos do corpo é necessário injetar ou inserir o que se chama contraste, que pode absorver mais ou menos raios X, e é usado como contraste em pneumoencefalograma e pneumopelvigrafia. Compostos de iodo são injetados no fluxo sangüíneo para se obterem imagens de artérias e compostos de bário são tomados para radiografar o trato gastrintestinal, esôfago e estômago. Logicamente esses contrastes não são e não se tornam radioativos.
A tomografia computadorizada causou uma grande revolução na área de radiologia diagnostica desde a descoberta dos raios X. Ela foi desenvolvida comercialmente a partir de 1972 pela firma inglesa EMI e faz a reconstrução tridimensional da imagem por computação, possibilitando a visualização de uma fatia do corpo, sem a superposição de órgãos. É como se agente fizesse, por exemplo, um corte transversal em uma parte do corpo em pé e o visse de cima. Esse sistema produz imagens com detalhes que não são visualizados em uma chapa convencional de raios X. Detetores de estado sólido substituem as chapas fotográficas em tomógrafos, mas a radiação utilizada ainda é a X.
Medicina Nuclear
A Medicina nuclear usa radionuclídeos e técnicas da Física nuclear na diagnose, tratamento e estudo de doenças. A principal diferença entre o uso de raios X e o de radionuclídeos na diagnose está no tipo de informação obtida. No primeiro caso, a informação está mais relacionada com a anatomia e no segundo caso com o metabolismo e a fisiologia. Para o mapeamento da tireóide, por exemplo, os radionuclídeos mais usados são o iodo-131 e o iodo-123 na forma de iodeto de sódio. Os mapas podem fornecer informações sobre o funcionamento da tireóide, seja ela hiper, normal ou hipofuncionante, além de detectar tumores.
Com o desenvolvimento de aceleradores nucleares como o ciclotron, e de reatores nucleares, radionuclídeos artificiais têm sido produzidos e um grande número deles é usado na marcação de compostos para estudos biológicos, bioquímicos e médicos. Muitos produtos do ciclotron possuem meia-vida física curta e são de grande interesse biológico, pois acarretam uma dose baixa no paciente. Entretanto, a possibilidade de utilizar radionuclídeos de meia-vida requer a instalação do ciclotron dentro das dependências do próprio hospital. É o caso do oxigênio-15, nitrogênio-13, carbono-11 e flúor-18, com meia-vida físicas respectivas de aproximadamente 2, 10, 20 e 110 min. Os radionuclídeos que emitam pósitron são utilizados também na obtenção de imagens com a técnica da tomografia por emissão de pósitron (PET). Para o estudo do metabolismo da glicose, por exemplo, incorpora-se o flúor-18 essa molécula. Mapeamentos das áreas cerebrais são feitos com essa substância que se concentra na região de maior atividade cerebral. Dessa forma é até possível delimitar regiões cerebrais para cada idioma conhecido pelo paciente e até a zona de ideogramas das línguas japonesa e chinesa.
A dose de radiação devida a um exame de Medicina nuclear, geralmente, não é uniforme no corpo todo, uma vez que os radionuclídeos possuem tendência de se concentrar em certos órgãos. E é quase impossível medir a dose em cada órgão de uma pessoa.
Uma outra aplicação da Medicina nuclear é na terapia de certos tipos de tumores que usa, justamente, a propriedade que certos tipos de tumores possuem de se acumular em determinados tecidos. É o caso do uso de iodo-131 na terapia de tumores malignos da tireóide. Após a eliminação do tumor cirurgicamente, faz-se o mapeamento de todo o corpo para verifica a existência de metástases, que são células tumorais espalhadas pelo corpo. Em caso positivo, é administrado o iodo-131, com atividade bem maior que a usada para mapeamento, agora para fins terapêuticos.
A principal diferença entre a radioterapia e a terapia na Medicina nuclear refere-se ao tipo de fontes radioativas usadas. No primeiro caso, usam-se fontes seladas nas quais o material radioativo não entra em contato direto com o paciente ou com as pessoas que as manuseiam. No segundo, materiais radioativos não selados são ingeridos ou injetados a fim de ser incorporados às regiões do corpo a serem tratadas.
Com técnicas cada vez mais aperfeiçoadas, a radiação aplicada à Medicina salva muitas vida!
APLICAÇÕES DA RADIOATIVIDADE NA QUÍMICA
Os principais usos de energia nuclear na química são:
a) Em traçadores- Um nuclídeo radioativo apresenta exatamente as mesmas reações químicas e bioquímicas que um seu isótopo não-radioativo; desse modo, podemos misturar um isótopo radioativo com outro não-radioativo e segui-los ao longo da reação. Por exemplo, para sabermos a origem da oxigênio liberado na reação de fotossíntese. Neste caso, o oxigênio é do gás carbônico é marcado, e pode-se ver ao final do processo que o oxigênio marcado é o oxigênio que foi liberado.
b) Na análise por ativação neutrônica. Para determinar a existência de impurezas dentro de um material, ele é submetido a um feixe de nêutrons provindos de um reator, de tal modo que a impureza se torne radioativa: desse modo, consegue-se detectar 1 átomo de impureza entre 10 bilhões de outros átomos.
Este tipo de análise é muito útil em:
- Eletrônica: para determinar as impurezas num semicondutor usado nos transistores;
- Ciência Espacial: analisando o solo lunar e de outros planetas;
- Geologia: procurando elementos raros;
- Ecologia: detectando impurezas no ar e na água;
- Medicina: descobrindo a função de quantidades mínimas de elementos químicos no metabolismo, etc.
Radioisótopo: Isótopo radioativo, obtido artificialmente de um elemento não radioativo.
Na indústria: os radioisótopos tem muitas aplicações. Os raios gama podem ser usados para examinar peças de metal fundido ou oleodutos a fim de descobrir pontos fracos. Os raios passam através do metal e enegrecem um filme fotográfico nos lugares opostos aos pontos fracos. Os fabricantes colocam um radioisótopo que emita partículas beta em cima de uma folha de um material. Se a grossura da folha aumenta, menos partículas atingem o detector. O detector pode controlar laminadores e manter a folha da grossura desejada. Os radioisótopos ajudam no desgaste em superfícies de polir. Uma superfície é tornada radioativa. A quantidade de radiação no óleo lubrificante ou sobre a outra superfície indica o desgaste.
Na pesquisa: os cientistas utilizam os radioisótopos como traçadores, para determinar como substâncias químicas agem sobre sóbrios organismos vegetais ou animais. Todos os isótopos de um mesmo elemento são quimicamente iguais, de maneira que o radioisótopo pode ser usado da mesma forma que os isótopos. Por exemplo, para traçar o curso do fósforo em uma planta, um botânico pode misturar fósforo radioativo com fósforo comum. Para saber quando o fósforo atinge uma folha, coloca um contador Geiger, que detecta a radioatividade sobre a folha. Para saber onde o fósforo se localiza na folha, coloca a folha sobre uma placa fotográfica. Na placa revelada, um radioautógrafo, as regiões escurecidas mostram a posição do radioisótopo. Um radioisótopo do carbono, o Carbono 14, é muito utilizado para datar materiais antigos. Os geólogos usam outros radioisótopos para datar rochas.
Na medicina: os radioisótopos podem detectar um comportamento anormal de certos orgãos do corpo, como a glândula tireóide. A quantidade de iodo que a glândula acumula indica sua condição. Um método pode diagnosticar o mau funcionamento, ministrando ao paciente algum iodo radioativo. O médico mede a taxa com que a glândula acumula esse isótopo com um contador Geiger colocado próximo à glândula. Os radioisótopos podem ser usados no tratamento de câncer. A radiação em grandes doses destrói os tecidos vivos. Prejudica mais as células durante a divisão celular. Como as células cancerosas dividem com mais frequência que as normais, a radiação mata maior número de células cancerosas que células normais.
Tratamentos:
Como algumas substâncias radioativas e radiofármacos participam do metabolismo de determinados órgãos, podemos utilizá-los em doses maiores no intuito de destruir parte ou a totalidade das células atingidas por essas substâncias, sem que as estruturas adjacentes sofram alterações.
Podemos dividir os tratamentos em três grupos:
Como as doses administradas são elevadas há necessidade do isolamento e seguimento rigoroso dos pacientes tratados.
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