Ministério daCiência e Tecnologia

Observat rioóNacional

Rua Gal. José Cristino, 77São Cristóvão, Rio de Janeiro

CEP 20921-400tel: 55 21 3504-9100

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Edição: 04/2009A partir de 15 anos

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ObservatórioNacional

Presidente da RepúblicaLuiz Inácio Lula da Silva

Ministro de Estado da Ciência e TecnologiaSergio Machado Rezende

Secretário - Executivo do Ministério da Ciência e TecnologiaLuiz Antônio Rodrigues Elias

Subsecretário de Coordenaçãodas Unidades de PesquisaCarlos Oití Berbert

Diretor do ONSergio Luiz Fontes

Observatório Nacional - MCTRua General José Cristino,77Cep:20921-400Rua General Bruce, 586 CEP 20921-030 São CristóvãoRio de Janeiro - RJ BrasilFone: 21 2580 6087PABX:21 3504 9100FAX: 21 2580 6041

Criação e desenvolvimento da revistaDivisão de Atividades Educacionais - DAED Dr. Antares Kleber (Idealizador das séries de revistas)Luzia Ferraz Penalva RiteThiago Moeda Sant'Anna Rodrigo Cassaro Resende

Vanessa Araújo Santos (Estagiária)Igor Cordeiro de Souza Jardim (Estagi rio)

Revisão Técnico-CientíficaCarlos Henrique Veiga Dalton de Faria Lopes (Pesquisador da Coordenação de Astronomia e Astrofísica)

Edilene Ferreira

á

Dr. (Chefe da Divisão de Atividades Educacionais)Dr.

Programação VisualEdilene Ferreira

O Observatório Nacional não se responsabiliza pelos dados e opiniões expressos nesta publicação, sendo estes de inteira responsabilidade dos autores.

A revista já está utilizando as alterações introduzidas na ortografia da língua portuguesa.

As informações que constam nesta revista foram atualizadas até a data desta edição.

Caros Leitores,

Esta série de revistas, editadas pela Divisão de Atividades Educacionais do Observatório Nacional/MCT, projeto apoiado pelo Conselho de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq, tem como meta a difusão de informações gerais sobre os vários temas da Astronomia. Levar o leitor ao pensamento científico, à imaginação e à criação, atraindo-o a pesquisar os conceitos aqui abordados ou sugeridos, é um dos objetivos desta publicação.

Boa Leitura!Divisão de Atividades Educacionais (DAED)

Ministério daCiência e Tecnologia

Observat rioóNacional

Todos os dias, logo de átomos. Os fenômenos que manhã, somos saudados pelo ocorrem no interior da matéria, brilho do Sol. Essa é a estrela ou melhor ainda, no interior dos mais próxima de nós, aquela á t omos , t êm a spe c t o s que, por meio de sua energia, muit íss imo part icu lares, faz com que possa existir vida característicos e, algumas na Te r ra . D i a r i amen t e vezes surpreendentes. A física s e n t i m o s , d e que ocorre bem no alguma forma, a interior da matéria, na energia emitida região que chamamos pelo Sol. Basta de “nível microscópico” irmos para o lado ou “nível atômico”, é ensolarado de uma m u i t o d i f e r e n t e rua que sentiremos, d a q u e l a , c u j a s imediatamente, a ação da consequênc ias, estamos energia solar sobre a nossa acostumados a ver no nosso pele, sob a forma de calor. mundo macroscópico, aquele

Não apenas o Sol, mas todas cujas escalas vão do milímetro as estrelas que vemos, aos milhares e milhares de pontilhando o céu, em uma qui lômetros. Entretanto, noite sem nuvens, mostram embora a matéria "normal" seja que a liberação de energia é composta de átomos e algo contínuo na vida delas. moléculas, a maioria dela não Logo, vem à mente várias se apresenta desta forma no perguntas: que energia é essa? Universo e sim, na forma de Como ela se forma? “plasma”, um gás formado por

Para entendermos como isso p a r t í c u l a s c a r r e g a d a s , ocorre, precisamos conhecer, principalmente de prótons e de um pouquinho, a estrutura do elétrons.átomo.

O que é o átomo?

Os blocos construtores básicos da matéria "normal", aquela que vemos espalhada por todo o Universo, são os

As estrelas

Cercados de reaçõesnucleares

Se permanecermos muitotempo expostos ao Sol,ou seja, à sua energia,

certamente teremos problemasno dia seguinte; as chamadas

queimaduras solares.

3

O modelo de Bohrpara o átomo

Em 1915, o prêmio Nobel plenamente satisfatório para dinamarquês, Niels Bohr, uma grande parte da nossa apresentou um modelo que discussão. No modelo atômico descrevia o átomo, e que foi proposto por Bohr, partículas chamado de "átomo planetário" chamadas nêutrons e prótons, ou "modelo de Bohr". ocupam uma região central e

O modelo do átomo, densa do átomo, chamada proposto por Bohr, não é núcleo atômico. Em torno desse inteiramente correto e não núcleo outras partículas, os representa a visão atual que os elétrons, descrevem órbitas. A físicos possuem sobre o interior atração elétrica entre os da matéria. prótons (carga e lét r i ca

No entanto, ele tem vários positiva) e os elétrons (carga a s p e c t o s q u e s ã o elétrica negativa) é um dos aproximadamente corretos, é processos que dá estabilidade mais fácil de ser entendido e é ao átomo, mantendo-o unido.

Niels Bohr

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O modelo de Bohrpara o átomo

Em 1915, o prêmio Nobel plenamente satisfatório para dinamarquês, Niels Bohr, uma grande parte da nossa apresentou um modelo que discussão. No modelo atômico descrevia o átomo, e que foi proposto por Bohr, partículas chamado de "átomo planetário" chamadas nêutrons e prótons, ou "modelo de Bohr". ocupam uma região central e

O modelo do átomo, densa do átomo, chamada proposto por Bohr, não é núcleo atômico. Em torno desse inteiramente correto e não núcleo outras partículas, os representa a visão atual que os elétrons, descrevem órbitas. A físicos possuem sobre o interior atração elétrica entre os da matéria. prótons (carga e lét r i ca

No entanto, ele tem vários positiva) e os elétrons (carga a s p e c t o s q u e s ã o elétrica negativa) é um dos aproximadamente corretos, é processos que dá estabilidade mais fácil de ser entendido e é ao átomo, mantendo-o unido.

Niels Bohr

4

Nucleo do átomo de Bohr

Órbitas dos elétrons

“O modelo do átomo, proposto por Bohr, não é inteiramente

correto e não representa a visão atual que os físicos

possuem sobre o interior da matéria.”

5

Esta descrição se assemelha, aproximadamente, permanecem em alguns aspectos, àquela que confinadas a um plano (o plano fazemos do nosso Sistema Solar, da eclíptica) enquanto que, no onde os planetas estão em caso do átomo, as órbitas dos órbita, em torno do Sol, e a força elétrons não estão confinadas a da gravidade mantém o conjunto nenhum plano. Além disso, os em equilíbrio. planetas são mantidos em órbita

No entanto, fazer uma graças à força gravitacional, analogia, sem restrições, entre o enquanto que os elétrons são Sistema Solar e o átomo de Bohr mantidos circulando, em torno não é correto, uma vez que os do núcleo graças à força planetas estão em órbitas que, eletromagnética.

“Os planetas estão em órbitas que, aproximadamente, permanecem confinadas a um plano (o plano da eclíptica).”

“As órbitas dos elétrons não estão confinadas a nenhum plano. Note queeles se deslocam em qualquer direção.”

Abaixo temos uma comparação entre o Sistema Solar e o átomo de Bohr.

6

Esta descrição se assemelha, aproximadamente, permanecem em alguns aspectos, àquela que confinadas a um plano (o plano fazemos do nosso Sistema Solar, da eclíptica) enquanto que, no onde os planetas estão em caso do átomo, as órbitas dos órbita, em torno do Sol, e a força elétrons não estão confinadas a da gravidade mantém o conjunto nenhum plano. Além disso, os em equilíbrio. planetas são mantidos em órbita

No entanto, fazer uma graças à força gravitacional, analogia, sem restrições, entre o enquanto que os elétrons são Sistema Solar e o átomo de Bohr mantidos circulando, em torno não é correto, uma vez que os do núcleo graças à força planetas estão em órbitas que, eletromagnética.

“Os planetas estão em órbitas que, aproximadamente, permanecem confinadas a um plano (o plano da eclíptica).”

“As órbitas dos elétrons não estão confinadas a nenhum plano. Note queeles se deslocam em qualquer direção.”

Abaixo temos uma comparação entre o Sistema Solar e o átomo de Bohr.

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Outro ponto importante é que, para magros, novos ou velhos. Nessa nossa o estudo do interior da matéria, descrição, aproximada, podemos consideramos que é válido o princípio considerar o elétron como sendo uma de que as partículas, de um partícula puntiforme, sem extensão determinado tipo, são indistinguíveis. espac ia l , cu jas p ropr i edades Com isto queremos dizer que, um intrínsecas são as mesmas para todos elétron é sempre igual a outro elétron. eles, independentemente da situação Não existem elétrons gordos ou física em que ele se encontre.

Existem outros aspectos, analogia, séria, entre os mais complexos, que anulam constituintes atômicos e os completamente qualquer planetas do Sistema Solar. O tentativa de analogia entre o tamanho típico de um núcleo Sistema Solar e o átomo de atômico é centímetros, Bohr. A lém disso, está com os elétrons descrevendo completamente errado, sob o órbitas a uma distância (raio) ponto de vista da física de aproximadamente:moderna, pensar que o átomo é formado por diminutas "bolinhas", às quais damos os Isto quer dizer que, o raio nomes de prótons, nêutrons e do núcleo, é cerca de 100.000 elétrons. vezes menor do que o raio do

Os novos conhecimentos, átomo inteiro. Este dado é sobre o comportamento das importante para que você par t í cu las subatômicas , tenha a noção correta de como i m p o s s i b i l i t a q u a l q u e r a matéria é "vazia".

-1310

-810 centímetros =1 Ångstrom (1 Å).

1 fm

Átomo

Núcleo

1 Angström ( 100,000 fm)

7

A tabela acima nos mostra ele possui, é exatamente igual que, a maior parte da massa ao número de prótons, dos átomos reside nos prótons carregados positivamente. Os e nêutrons, que ocupam a nêutrons por não possuírem região central mais densa do uma carga final, não participam átomo, que é chamada de nessa conta. n ú c l e o a t ô m i c o o u , Mas, afinal, qual é a simplesmente, núcleo. "missão" dos nêutrons no

Se os átomos são formados inter ior de um átomo? por partículas com carga Experimentalmente, verifica-elétrica positiva (prótons) e se que o número de nêutrons é, com carga elétrica negativa aproximadamente, igual ao (elétrons), qual é a sua carga número de prótons nos núcleos total? Os átomos têm carga estáveis leves. No entanto, o positiva ou negativa? Na número de nêutrons cresce verdade os átomos são rapidamente e é cerca de duas eletricamente neutros, por que vezes maior do que o número o número de e l é t r ons de prótons, nos núcleos carregados negativamente que estáveis mais pesados.

Partícula Símbolo Carga Elétrica Massa

negativa-19

(1,60 x 10 C)-31

9,11 x 10 kgElétron

p+positiva(igual à do elétron)

-271,67 x 10 kg (cerca de 1836 vezesmaior que a do elétron)

Próton

n° sem carga-27

1,68 x 10 kg(quase igual à do próton)

Nêutron

e-

8

A tabela acima nos mostra ele possui, é exatamente igual que, a maior parte da massa ao número de prótons, dos átomos reside nos prótons carregados positivamente. Os e nêutrons, que ocupam a nêutrons por não possuírem região central mais densa do uma carga final, não participam átomo, que é chamada de nessa conta. n ú c l e o a t ô m i c o o u , Mas, afinal, qual é a simplesmente, núcleo. "missão" dos nêutrons no

Se os átomos são formados inter ior de um átomo? por partículas com carga Experimentalmente, verifica-elétrica positiva (prótons) e se que o número de nêutrons é, com carga elétrica negativa aproximadamente, igual ao (elétrons), qual é a sua carga número de prótons nos núcleos total? Os átomos têm carga estáveis leves. No entanto, o positiva ou negativa? Na número de nêutrons cresce verdade os átomos são rapidamente e é cerca de duas eletricamente neutros, por que vezes maior do que o número o número de e l é t r ons de prótons, nos núcleos carregados negativamente que estáveis mais pesados.

Partícula Símbolo Carga Elétrica Massa

negativa-19

(1,60 x 10 C)-31

9,11 x 10 kgElétron

p+positiva(igual à do elétron)

-271,67 x 10 kg (cerca de 1836 vezesmaior que a do elétron)

Próton

n° sem carga-27

1,68 x 10 kg(quase igual à do próton)

Nêutron

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A=220

200

210

190

170

150

801

160

140

130

110

120

100

9080

70

60

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4030

20

N=Z

A=110

70 80

90100

07 80 90 100

10

20

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50

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Nm

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0 01 02

me ôNú ro At mico Z

30 40

50 60

30 40 50 60

Fe

0

10

20

É esse maior número de átomos pesados cujos núcleos nêutrons que dá estabilidade são ricos em nêutrons, é que ao núcleo do átomo, pois são os responsáveis pela prótons não poderiam conviver, ocorrência de processos harmoniosamente, em um nucleares no interior das volume tão pequeno quanto a estrelas. O número de prótons, região nuclear (prótons que participam do núcleo de possuem carga elétrica positiva um determinado átomo, é e, portanto, se repeliriam). chamado de número atômico e Veremos, mais tarde, que é representado pela letra Z.

9

A partir do fato de que os á t omos , em ge ra l , s e apresentam eletricamente neutros, ou seja, não possuem carga elétrica resultante, o número de prótons no núcleo tem que ser igual ao número de elétrons, que estão em órbita em torno deste núcleo. Daí, podemos dizer que o número atômico nos dá o número de prótons no núcleo de um determinado átomo, ou o número de elétrons nas respectivas órbitas em torno desse núcleo.

O número total de prótons e nêutrons, que formam um determinado núcleo atômico, é chamado de número de massa do átomo e é representado pela letra A. Representando, com a letra N, o número de nêutrons, temos que o número de massa é dado por:

A = Z + N

elemento original, mas um número diferente de nêutrons. Assim, os isótopos de um elemento têm o mesmo número atômico Z, mas diferem em seus números de massa A.

Um mesmo e lemento químico pode ter vários isótopos, todos eles diferindo apenas no número de nêutrons, N, que constituem seus respectivos núcleos. Por exemplo, o hidrogênio, o elemento químico que existe em maior quantidade no Universo, possui isótopos com nomes característicos.

O isótopo de massa 2, do hidrogênio, é chamado de deutério ou hidrogênio pesado, enquanto que, o isótopo de massa 3, é chamado de trítio ou trício.

Observe que o núcleo do hidrogênio é formado por um

Chamamos de isótopo de próton apenas, o núcleo do um elemento, o átomo que tem deutério é formado por um o mesmo número de prótons e, próton e um nêutron e o do consequentemente, o mesmo trítio, inclui um próton e dois número de elétrons que o nêutrons.

Hidrogênio TrítioDeutério

- - -

+ + +N N

N

I s ó t o p o s d e H i d r o g ê n i o

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A partir do fato de que os á t omos , em ge ra l , s e apresentam eletricamente neutros, ou seja, não possuem carga elétrica resultante, o número de prótons no núcleo tem que ser igual ao número de elétrons, que estão em órbita em torno deste núcleo. Daí, podemos dizer que o número atômico nos dá o número de prótons no núcleo de um determinado átomo, ou o número de elétrons nas respectivas órbitas em torno desse núcleo.

O número total de prótons e nêutrons, que formam um determinado núcleo atômico, é chamado de número de massa do átomo e é representado pela letra A. Representando, com a letra N, o número de nêutrons, temos que o número de massa é dado por:

A = Z + N

elemento original, mas um número diferente de nêutrons. Assim, os isótopos de um elemento têm o mesmo número atômico Z, mas diferem em seus números de massa A.

Um mesmo e lemento químico pode ter vários isótopos, todos eles diferindo apenas no número de nêutrons, N, que constituem seus respectivos núcleos. Por exemplo, o hidrogênio, o elemento químico que existe em maior quantidade no Universo, possui isótopos com nomes característicos.

O isótopo de massa 2, do hidrogênio, é chamado de deutério ou hidrogênio pesado, enquanto que, o isótopo de massa 3, é chamado de trítio ou trício.

Observe que o núcleo do hidrogênio é formado por um

Chamamos de isótopo de próton apenas, o núcleo do um elemento, o átomo que tem deutério é formado por um o mesmo número de prótons e, próton e um nêutron e o do consequentemente, o mesmo trítio, inclui um próton e dois número de elétrons que o nêutrons.

Hidrogênio TrítioDeutério

- - -

+ + +N N

N

I s ó t o p o s d e H i d r o g ê n i o

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eTirando energiados átomos

Fissão Nuclear

Fusão Nuclear

To d o s o s á t o m o s possuem energia. Existem vários processos capazes de fazer com que energia seja liberada por um átomo. Um desses processos é a chamada reação nuclear.

Existem dois tipos de reações nucleares:

Fissão Nucleare

Fusão Nuclear.

Veja que, nesse caso, o núc leo a tômico de um elemento químico M, com número atômico Z (número de

Fissão Nuclear

Dizemos que ocorre uma fissão nuclear quando um núcleo atômico se divide em duas partes.

Vamos representar, com a letra M, qualquer elemento químico da tabela periódica, sendo que suas propriedades são definidas pelo valor de seus números atômico Z e de massa A. Considere agora um elemento qualquer M, com número atômico Z e número de massa A. Sua fissão nuclear seria representada por:

A A1 A2M —> M + MZ Z1 Z2

onde

Z=Z1+Z2 e A=A1+A2

prótons existente no núcleo do átomo) e com número de massa A (número de prótons somado com o número de nêutrons existentes no núcleo do átomo) é dividido em dois outros núcleos M, diferentes, com números atômicos Z1 e Z2 e números de massa A1 e A2, respectivamente.

Note que o número atômico inicial Z é igual a Z1 + Z2 e o número de massa inicial A é igual a A1 + A2.

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Repare que a fissão nuclear Isso aumenta o número de só ocorre com núcleos de m a s s a d o e l e m e n t o elementos pesados, pois só transformando-o num isótopo eles têm condição de se dividir instável que, em seguida, se em núcleos mais leves. Para rompe, dando origem a dois realizar esse processo é outros elementos e liberando necessário incidir nêutrons outros nêutrons, como mostra contra um núcleo pesado. a figura a baixo.

92Kr

235U

236U 114 Ba

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Repare que a fissão nuclear Isso aumenta o número de só ocorre com núcleos de m a s s a d o e l e m e n t o elementos pesados, pois só transformando-o num isótopo eles têm condição de se dividir instável que, em seguida, se em núcleos mais leves. Para rompe, dando origem a dois realizar esse processo é outros elementos e liberando necessário incidir nêutrons outros nêutrons, como mostra contra um núcleo pesado. a figura a baixo.

92Kr

235U

236U 114 Ba

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Próton

Nêutron

Positron

ã Raio Gama

í Neutrino

A1 A2 AM + M —> MZ1 Z2 Z

onde

Z1+Z2=Z e A1+A2=A

ãã

íí

-e -e

Fusão Nuclear

A fusão nuclear ocorre quando dois núcleos atômicos se combinam (ou se fundem) em um único núcleo. Sejam agora dois elementos: um deles se caracteriza por ter número de massa A1 e número Note que agora temos o atômico Z1, enquanto o outro processo “inverso” da fissão tem número de massa A2 e nuclear: no caso da fusão número atômico A2. nuclear, núcleos leves se

combinam, criando um núcleo com maior número atômico e maior número de massa.

Sua fusão nuc lear é representada pela fórmula ao lado.

13

4He

3T ( H)

3,5 Mev

,14 1 Mev

5He

2D ( H)

No processo de fusão núcleo de deutério com um de nuclear, em geral, o núcleo trítio, ambos isótopos do resultante da combinação de hidrogênio.dois outros núcleos atômicos é O e l emen t o qu ím i c o instável e após um tempo, formado é o hélio-5, elemento muito curto, libera nêutrons instável que expulsa nêutrons, para conseguir um estado de libera energia e se transforma estabilidade. A imagem abaixo no hélio-4, esse sim, um mostra a fusão nuclear de um elemento estável.

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4He

3T ( H)

3,5 Mev

,14 1 Mev

5He

2D ( H)

No processo de fusão núcleo de deutério com um de nuclear, em geral, o núcleo trítio, ambos isótopos do resultante da combinação de hidrogênio.dois outros núcleos atômicos é O e l emen t o qu ím i c o instável e após um tempo, formado é o hélio-5, elemento muito curto, libera nêutrons instável que expulsa nêutrons, para conseguir um estado de libera energia e se transforma estabilidade. A imagem abaixo no hélio-4, esse sim, um mostra a fusão nuclear de um elemento estável.

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ESTRELAS

E

ENERGIA NUCLEAR

A energia emitida pelo Sol, assim como por todas as outras estrelas, é resultado de um processo nuclear que ocorre no seu interior mais profundo, na sua região central. Essa energia se desloca até a superfície da nossa estrela e, em seguida, é lançada ao espaço, que ela percorre até atingir a Terra (assim como os diversos planetas do Sistema Solar).

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A energia é produzida no Sol O Sol é o maior corpo de todo por meio de processos de o Sistema Solar. Ele contém reação nuclear. Antes de mais de 99,8% da massa total discutirmos esse assunto do sistema que o acompanha. A vamos falar, um pouco, sobre a maior parte da massa restante estrutura do Sol. está contida no planeta Júpiter.

O Sol é apenas uma entre Devido a isso, o centro de mais de 200 bilhões de estrelas massa do Sistema Solar, está que fazem parte da nossa localizado bem dentro do Sol. Galáxia. Com um diâmetro de O Sol não é um corpo rígido c e r c a d e 1 . 3 9 0 . 0 0 0 como a Terra. Por ter uma quilômetros, o Sol tem uma estrutura que, na sua maior temperatura de 5800º na sua parte, é gasosa, ele não gira de superfície. No entanto, no seu maneira uniforme. A superfície centro, a temperatura atinge o do Sol, na região do equador, fantástico valor de 15 milhões gira uma vez a cada 25,4 dias. de graus centígrados No entanto, próximo aos polos,

O Sol é uma estrela normal, a rotação diária, de sua amarelada. Na sua fase atual, superfície, leva cerca de 36 75% da massa do Sol é dias. A este tipo de rotação hidrogênio e quase 25% é hélio. damos o nome de rotação Todos os outros elementos, diferencial. No entanto, a juntos, representam apenas região central do Sol gira como 0,1% da massa do Sol. um corpo sólido.

No detalhe, podemosperceber as

protuberânciassolares.

16

A energia é produzida no Sol O Sol é o maior corpo de todo por meio de processos de o Sistema Solar. Ele contém reação nuclear. Antes de mais de 99,8% da massa total discutirmos esse assunto do sistema que o acompanha. A vamos falar, um pouco, sobre a maior parte da massa restante estrutura do Sol. está contida no planeta Júpiter.

O Sol é apenas uma entre Devido a isso, o centro de mais de 200 bilhões de estrelas massa do Sistema Solar, está que fazem parte da nossa localizado bem dentro do Sol. Galáxia. Com um diâmetro de O Sol não é um corpo rígido c e r c a d e 1 . 3 9 0 . 0 0 0 como a Terra. Por ter uma quilômetros, o Sol tem uma estrutura que, na sua maior temperatura de 5800º na sua parte, é gasosa, ele não gira de superfície. No entanto, no seu maneira uniforme. A superfície centro, a temperatura atinge o do Sol, na região do equador, fantástico valor de 15 milhões gira uma vez a cada 25,4 dias. de graus centígrados No entanto, próximo aos polos,

O Sol é uma estrela normal, a rotação diária, de sua amarelada. Na sua fase atual, superfície, leva cerca de 36 75% da massa do Sol é dias. A este tipo de rotação hidrogênio e quase 25% é hélio. damos o nome de rotação Todos os outros elementos, diferencial. No entanto, a juntos, representam apenas região central do Sol gira como 0,1% da massa do Sol. um corpo sólido.

No detalhe, podemosperceber as

protuberânciassolares.

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A região central do Sol tem em todo o Sol. Não é difícil apenas 347.500 km de imaginar que a região central da diâmetro, cerca de 25% do nossa estrela é muito densa. Ali tamanho total do Sol (1.390.000 o gás hidrogênio está sendo km de diâmetro). Veja só que comprimido fortemente, e as interessante: é nessa pequena temperaturas, como já vimos, região que ocorre a produção de são extremamente elevadas, energia nuclear da estrela e não, atingindo milhões de graus.

Mas, como éa região central

do Sol?

17

É aí que acontece uma da estrela e, no fim das contas, das formas de reação nuclear é liberada no espaço. que vimos anteriormente. É por meio de processos Nessa região tão densa e tão de fusão nuclear que as quente, o gás hidrogênio, que estrelas geram sua energia. forma a maior parte do Sol, Mas é só isso? Um núcleo de está bastante comprimido. hidrogênio se funde com outro Nessa temperatura já é núcleo, com outro, com outro... possível acontecer reações sempre liberando energia? nucleares, envolvendo os Bem, existem mais coisas átomos do hidrogênio. nesse processo de fusão

nuclear e, são elas, que tiram essa “monotonia” da vida das estrelas.

Uma estrela não é um corpo formado somente por um

Vimos que a fissão único gás. Vimos que o Sol nuclear exige que o núcleo de possui 75% de hidrogênio e um átomo seja dividido em 25% de hélio. Poderíamos ser núcleos menores. Ocorre que o levados a supor que o processo átomo de hidrogênio tem o de fusão nuclear ocorreria para menor núcleo atômico entre cada um dos elementos e todos os elementos químicos pronto! Aqui temos a fusão existentes no universo. Seu nuclear do hidrogênio, ali a núcleo é composto fusão nuclear do hélio, etc. Não por um próton. é assim! Para que possa

Como, então, ele poderia acontecer um processo de ser dividido em núcleos fusão de um determinado menores? Não pode! Não há elemento químico, é necessário como fazer isso! Concluímos que uma certa temperatura, que o átomo de hidrogênio não seja atingida no interior da pode sofrer um processo de estrela. fissão nuclear. Resta então a fusão nuclear, essa sim é possível. Núcleos do átomo de hidrogênio podem ser reunidos e formarem outros elementos l e v e s . E s s e p r o c e s s o , conhecido por fusão nuclear, ocorre no interior das estrelas.

Todo processo de fusão de núcleos atômicos produz energia, e é essa energia que cruza toda a extensão do corpo

Mas, qual delas?

Fusão ou fissão?

somente

É por meio deprocessos de fusão

nuclear que asestrelas produzem

sua energia.

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É aí que acontece uma da estrela e, no fim das contas, das formas de reação nuclear é liberada no espaço. que vimos anteriormente. É por meio de processos Nessa região tão densa e tão de fusão nuclear que as quente, o gás hidrogênio, que estrelas geram sua energia. forma a maior parte do Sol, Mas é só isso? Um núcleo de está bastante comprimido. hidrogênio se funde com outro Nessa temperatura já é núcleo, com outro, com outro... possível acontecer reações sempre liberando energia? nucleares, envolvendo os Bem, existem mais coisas átomos do hidrogênio. nesse processo de fusão

nuclear e, são elas, que tiram essa “monotonia” da vida das estrelas.

Uma estrela não é um corpo formado somente por um

Vimos que a fissão único gás. Vimos que o Sol nuclear exige que o núcleo de possui 75% de hidrogênio e um átomo seja dividido em 25% de hélio. Poderíamos ser núcleos menores. Ocorre que o levados a supor que o processo átomo de hidrogênio tem o de fusão nuclear ocorreria para menor núcleo atômico entre cada um dos elementos e todos os elementos químicos pronto! Aqui temos a fusão existentes no universo. Seu nuclear do hidrogênio, ali a núcleo é composto fusão nuclear do hélio, etc. Não por um próton. é assim! Para que possa

Como, então, ele poderia acontecer um processo de ser dividido em núcleos fusão de um determinado menores? Não pode! Não há elemento químico, é necessário como fazer isso! Concluímos que uma certa temperatura, que o átomo de hidrogênio não seja atingida no interior da pode sofrer um processo de estrela. fissão nuclear. Resta então a fusão nuclear, essa sim é possível. Núcleos do átomo de hidrogênio podem ser reunidos e formarem outros elementos l e v e s . E s s e p r o c e s s o , conhecido por fusão nuclear, ocorre no interior das estrelas.

Todo processo de fusão de núcleos atômicos produz energia, e é essa energia que cruza toda a extensão do corpo

Mas, qual delas?

Fusão ou fissão?

somente

É por meio deprocessos de fusão

nuclear que asestrelas produzem

sua energia.

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Você vai entender logo isso, assim

que alguns pontos forem esclarecidos.

1) Em primeiro lugar, uma ocorre primeiro que a dos outros estrela não possui uma átomos que existem no interior temperatura única. de uma estrela. Como vimos anteriormente, o Poderíamos ser levados a Sol possui uma temperatura pensar o seguinte: “em algum muito mais baixa na superfície lugar a temperatura é suficiente do que no seu centro. Isso nos para fundir o hidrogênio, mas leva a concluir que, ao longo de em algum outro lugar, ela seria todo o corpo do Sol, a necessária para fundir o hélio e temperatura vai diminuindo, assim por diante”. Esse gradualmente, do centro para a raciocínio está errado porque, superfície. Dizemos, então, que primeiro, a temperatura da h á u m “ g r a d i e n t e d e estrela diminui do seu centro temperatura” no interior do Sol. para sua superfície. Se ela não é

quente o suficiente, no seu 2) Em segundo lugar, a fusão centro para fundir o hélio, então

nuclear, para cada elemento, não haverá nenhuma outra depende fo rtemente da região com temperatura, temperatura existente. suficiente, para fazê-lo. Em A temperatura necessária para segundo lugar, as reações fazer a fusão nuclear, dos nuc leares por ex ig i rem diferentes átomos, varia muito, temperaturas extremamente sendo maior à medida que altas para serem realizadas, só átomos mais pesados estão ocorrem na região bem central envolvidos. Assim, hidrogênio, da estrela, ou em finas camadas hélio, carbono, oxigênio, silício, que envolvem essa região. Fora etc, todos possuem temperaturas dessa região não há processos de fusão diferentes. nucleares.

Quanto mais pesado é um átomo, mais elevada é a temperatura necessária para fazer com que dois de seus átomos se fundam. Mais uma vez vemos que o átomo de hidrogênio por ser o elemento mais leve que existe, tem a mais baixa temperatura de fusão que conhecemos. É por esse motivo que a fusão do hidrogênio

Vamos ver, então, como ocorre o processo de produção de energia no

interior de uma estrela.

19

A cadeia próton-prótonou cadeia p-p

a1 fase:+p + p —> d + e + í e

a2 fase:3p + d —> He + ã

a3 fase:3 3 4He + He —> He + p + p

A cadeia p-p pode ser descrita da seguinte forma:

Ao caminho, ou seja, a Eventualmente, o deutério cadeia de reações nucleares, pode se fundir com outro segundo a qual o processo de núcleo de hidrogênio. É isso fusão do hidrogênio pode ser que nos mostra a segunda realizado, damos o nome de fase: um núcleo de hidrogênio “cadeia p-p”. Aqui estamos (p) reagiu com o deutério (d) e

3chamando o núcleo do deu origem ao hélio-3 ( He) e hidrogênio de “p”, uma vez que fótons ( ). Agora é o hélio-3

3( He) que está em liberdade.ele é formado por um solitário Lembre-se que esses próton.

processos estão acontecendo O que isso quer dizer?

ao mesmo tempo, com A primeira fase nos informa inúmeros núcleos atômicos que que um núcleo de hidrogênio (p) formam o gás da região central fundiu-se (reação de fusão) com da estrela.outro núcleo de hidrogênio,

Em algum momento o dando origem ao deutério “d” 3núcleo de hélio-3 ( He) se (que é um isótopo do

+funde com um outro núcleo de hidrogênio), um antielétron e hélio-3, dando origem a um (antipartícula do elétron) e um

4núcleo de hélio-4 ( He) e dois neutrino associado ao elétron núcleos de hidrogênio (p + p), ( ). Essas partículas ficam livres como mostra a terceira fase no gás que forma a região acima.central da estrela.

ã

íe

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A cadeia próton-prótonou cadeia p-p

a1 fase:+p + p —> d + e + í e

a2 fase:3p + d —> He + ã

a3 fase:3 3 4He + He —> He + p + p

A cadeia p-p pode ser descrita da seguinte forma:

Ao caminho, ou seja, a Eventualmente, o deutério cadeia de reações nucleares, pode se fundir com outro segundo a qual o processo de núcleo de hidrogênio. É isso fusão do hidrogênio pode ser que nos mostra a segunda realizado, damos o nome de fase: um núcleo de hidrogênio “cadeia p-p”. Aqui estamos (p) reagiu com o deutério (d) e

3chamando o núcleo do deu origem ao hélio-3 ( He) e hidrogênio de “p”, uma vez que fótons ( ). Agora é o hélio-3

3( He) que está em liberdade.ele é formado por um solitário Lembre-se que esses próton.

processos estão acontecendo O que isso quer dizer?

ao mesmo tempo, com A primeira fase nos informa inúmeros núcleos atômicos que que um núcleo de hidrogênio (p) formam o gás da região central fundiu-se (reação de fusão) com da estrela.outro núcleo de hidrogênio,

Em algum momento o dando origem ao deutério “d” 3núcleo de hélio-3 ( He) se (que é um isótopo do

+funde com um outro núcleo de hidrogênio), um antielétron e hélio-3, dando origem a um (antipartícula do elétron) e um

4núcleo de hélio-4 ( He) e dois neutrino associado ao elétron núcleos de hidrogênio (p + p), ( ). Essas partículas ficam livres como mostra a terceira fase no gás que forma a região acima.central da estrela.

ã

íe

20

Veja na figura abaixo que para . Ou seja: a estrela a realização da 3ª fase da gasta seis prótons para realizar cadeia p-p (fusão de dois a 3ª fase da cadeia p-p. A 1ª

3átomos de He) precisamos fase gasta dois prótons e a 2ª que as duas reações iniciais (1ª fase gasta um próton.e 2ª fases) ocorram duas Como essas duas fases têm vezes. que ocorrer duas vezes para

3Na primeira vez é produzido produzir dois núcleos de He, a 3

um átomo de He, e na estrela gastará seis prótons segunda vez, mais um átomo nesta produção.

3de He

Note também que, na terceira fase da cadeia p-p, os 3

dois átomos de He reagem, produzindo um átomo de4He e dois prótons. Isto quer dizer que dois prótons são

recuperados pela estrela. Como ela havia gasto

inicialmente seis prótons para produzir os dois átomos de3He e agora “fabricou” dois prótons, vemos que, na

verdade, apenas 4 núcleos de hidrogênio são gastos em cada cadeia p-p completa.

Existem alguns aspectos muito interessantes na realização da cadeia p-p. Vejamos alguns:

+ =

+ = + +

+ =a2 fase:

a1 fase:

a3 fase:

+e

í e

ã

4HeH H3 He 3 He

3 He

2 H

2 H

H

HH2x

21

++

Isótopo estável de He4

No centro de uma estrela Por que as reações como o So l , que es tá nucleares não continuam?realizando a cadeia p-p, o tempo que um átomo de Elas param porque o é hidrogênio (um próton) leva um elemento muito estável, a

7para colidir com outro átomo uma temperatura de 10 de hidrogênio, formando o Kelvins, que é a temperatura dêuteron (d) da primeira fase no centro do Sol. Nessa d e s t a r e a ç ã o , é

temperatura os átomos de aproximadamente 1010 anos.

n ã o r e a l i z a m r e a ç õ e s O Sol ainda está brilhando, pois nucleares. a primeira fase da cadeia p-p é

Você pode transformar um processo muito lento. Se graus Celsius em temperatura essa fase fosse mais rápida, o Kelvin usando a expressão: Sol já teria parado de queimar t(ºC)= T(K) -273,15º).hidrogênio há muito tempo!

No entanto, a segunda fase da cadeia p-p, que ocorre entre o dêuteron (d) e o próton (p)

3produzindo o He, é muito

rápida. Um dêuteron, no centro do Sol, vive apenas 1 segundo antes de reagir com um próton.

Os neutrinos, , que são

produzidos no interior das estrelas escapam rapidamente delas. No caso do Sol, os neutrinos produzidos na sua região central, alcançam sua superfície e saem para o meio interplanetário, em apenas 2 segundos. Note que o resultado

4final da cadeia p-p é o He.

íe

4He

4He

Você sabia......que um fóton (menor

quantidade de luz)produzido no núcleo do Sol levaaproximadamente 1 milhão de

anos parachegar até sua superfície

(fotosfera)?

22

Veja alguns fatos interessantessobre o ciclo CN.

Em primeiro lugar, porque de “ciclo”, que é iniciado pelo carbono e produz carbono este conjunto de reações do como elemento final. No caso carbono é chamado de "ciclo" e da queima do hidrogênio o que as reações nucleares de acontece é uma "cadeia" de queima do hidrogênio são reações.chamadas de "cadeia"? Veja

Mas note uma co isa que no caso da queima nuclear interessante: o ciclo CN do hidrogênio, a cadeia p-p, o começa a partir de ...carbono! conjunto de reações inicia com Isso quer dizer que o ciclo CN

a reação entre dois prótons só acontece em estrelas que já

(dois núcleos de hidrogênio) e possuem uma quantidade,

apresenta um produto final razoável, de carbono no seu completamente diferente, o interior! Concluímos, então,

4He. que essa estrela foi formada a No caso da queima do partir de gás interestelar,

carbono, a reação nuclear enriquecido pelos resíduos começa com o carbono e tem gasosos, lançados ao espaço

4pela explosão de alguma outra como resultado final o He e, estrela, fenômeno esse que novamente carbono. Esta é a chamamos de formação de razão pela qual chamamos este uma supernova.conjunto de reações nucleares

24

Veja alguns fatos interessantessobre o ciclo CN.

Em primeiro lugar, porque de “ciclo”, que é iniciado pelo carbono e produz carbono este conjunto de reações do como elemento final. No caso carbono é chamado de "ciclo" e da queima do hidrogênio o que as reações nucleares de acontece é uma "cadeia" de queima do hidrogênio são reações.chamadas de "cadeia"? Veja

Mas note uma co isa que no caso da queima nuclear interessante: o ciclo CN do hidrogênio, a cadeia p-p, o começa a partir de ...carbono! conjunto de reações inicia com Isso quer dizer que o ciclo CN

a reação entre dois prótons só acontece em estrelas que já

(dois núcleos de hidrogênio) e possuem uma quantidade,

apresenta um produto final razoável, de carbono no seu completamente diferente, o interior! Concluímos, então,

4He. que essa estrela foi formada a No caso da queima do partir de gás interestelar,

carbono, a reação nuclear enriquecido pelos resíduos começa com o carbono e tem gasosos, lançados ao espaço

4pela explosão de alguma outra como resultado final o He e, estrela, fenômeno esse que novamente carbono. Esta é a chamamos de formação de razão pela qual chamamos este uma supernova.conjunto de reações nucleares

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4 As estrelas evoluem e He, como elemento final das produzem no seu interior reações. Isto quer dizer que elementos pesados. Quando esses processos nucleares, e l a s e x p l o d e m , e s s e s seja a cadeia p-p ou o ciclo CN, elementos são lançados no deixarão como resíduo, no meio interestelar e, se ela interior da estrela, um núcleo

4estiver próxima ou dentro de inerte de He (inerte porque uma nuvem molecular gigante, ele não tem condições de a onda de choque, resultante realizar reações nucleares).desta explosão pode comprimir Veja também que, assim o gás, suficientemente, de como na cadeia p-p, no ciclo CN modo a dar início ao processo q u a t r o p r ó t o n s s e r ã o de formação de novas estrelas. destruídos para dar origem ao Como o meio interestelar foi 4

carbono e ao He final.contaminado pelos elementos pesados da estrela que explodiu, as novas estrelas t e r ão e s t e s e l emen to s químicos no seu interior.

Note que, tanto a cadeia p-p como o ciclo CN, produzem

Próton

Nêutron

Pósitron

ã Raio Gama

í Neutrino

ã

í

He4

H1

H1

H1

C12

N15

N13

N14

O15

ã

ã

í

C13

H1

Note, também, que os dois para uma estrela com 1,5 processos nucleares, cadeia p-p massa que o nosso Sol (ou seja e ciclo CN podem ocorrer, 1,5 massas solares), o ciclo CN simultaneamente nas estrelas e, já é responsável por 73% da dependendo de suas massas, energia produzida no centro da um deles se torna dominante. estrela e por, aproximadamente, Por exemplo, para as estrelas metade da sua luminosidade que estão no intervalo entre 1 e total. Para uma estrela com 1,7

3 massas solares (M ), a fração massas solares (1,7 M ), e sol sol

de luminosidade, produzida pela também para aquelas com mais queima nuclear no ciclo CN é de massa ainda, o ciclo CN apenas alguns porcento para as claramente domina o processo

de produção de energia. estrelas com 1 M . No entanto, sol

Msol Msol = Massa Solar = Massa Solar

26

A este processo nuclear que envolve o héliodamos o nome de “processo triplo-alfa”.

4 4 4 12He + He + He —> C + (7,5 eV)

1. Veja que essa reação 2. Por que o nome triplo-nuclear envolve três núcleos de alfa? Por que "triplo" é óbvio:

44são três núcleos de He que He. Isso nos mostra que essas

reações só podem ocorrer no colidem para realizar a reação. interior das estrelas, após a O nome "alfa" vem do fato de fase de reações nucleares da que, os núcleos de hélio, cadeia p-p ou do ciclo CN, que também são conhecidos como produz esses elementos. partículas alfa.

Vejamos algumas características do processo triplo-alfa:

He4 Be8He4

C12

He4

ã

ã

ã

Próton Nêutron Raio Gamaã

28

A este processo nuclear que envolve o héliodamos o nome de “processo triplo-alfa”.

4 4 4 12He + He + He —> C + (7,5 eV)

1. Veja que essa reação 2. Por que o nome triplo-nuclear envolve três núcleos de alfa? Por que "triplo" é óbvio:

44são três núcleos de He que He. Isso nos mostra que essas

reações só podem ocorrer no colidem para realizar a reação. interior das estrelas, após a O nome "alfa" vem do fato de fase de reações nucleares da que, os núcleos de hélio, cadeia p-p ou do ciclo CN, que também são conhecidos como produz esses elementos. partículas alfa.

Vejamos algumas características do processo triplo-alfa:

He4 Be8He4

C12

He4

ã

ã

ã

Próton Nêutron Raio Gamaã

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O processo triplo-alfa é A taxa de produção de muito sensível às variações de energia do processo triplo-alfa temperatura. A taxa de é, enormemente, maior do que produção de energia pelo aquelas apresentadas pela processo triplo-alfa é dada por: cadeia p-p ou pelo

40å ~ T3á ciclo

Isso nos diz que uma Do mesmo modo como p e q u e n a v a r i a ç ã o d e a c o n t e c e u c o m a temperatura, irá provocar uma transformação de hidrogênio enorme mudança na taxa de em hélio, os resíduos da produção de energia da estrela transformação de hélio, ou

40(como exemplo compare 2 seja, o carbono, vão se 4 0com 2,0001 e veja a acumulando na região central

diferença. Imagine qual seria da estrela.essa diferença se, em vez de 2 Ela passa a ter, agora, um elevado à potência 40, você núcleo de carbono inerte, pois o tivesse um valor de T, que carbono só consegue ter corresponde a alguns milhões reações nucleares quando a

9de graus!). temperatura é de 10 Kelvins.

6(å ~ T ) pp

14CN (å ~T ).cn

4 He12

C

Assim como aconteceu com Consequentemente, o gás o hidrogênio, em algum da estrela aquece cada vez momento, o hélio existente no mais, até que a região central interior da estrela irá acabar. O dela atinge a temperatura que ocorre então? necessária para dar início às

Algo similar ao que foi reações de fusão nuclear do descrito antes! Quando a carbono.quantidade de hélio diminui, de Mas nesse momento a modo sensível, no interior da história futura da estrela vai estrela, esta começa a contrair. depender muito de sua massa.

E quando ohélio acaba?

29

- Se a estrela tem uma A superfície da estrela massa M, menor do que: c o n t i n u a a e x p a n d i r,

transformando-a numa estrela gigante. Como o resultado do seu processo de expansão contínua, a estrela não Essas es t re las es tão consegue manter o seu contraindo o núcleo muito envoltório e o ejeta no espaço. lentamente.

O destino desse tipo de Como consequência disso, a estrela é se transformar em temperatura da sua região uma nebulosa planetária.central vai aumentando

gradativamente, mas muito pouco. O gás que está nessa região vai se tornando bem mais aquecido do que aquele mais próximo à superfície.

Forma-se então, nessa região central, bolhas de gás muito aquecido, que se deslocam na direção da superfície.

São essas bolhas o principal processo de transporte de energia, entre as regiões mais centrais da estrela e a sua superfície.

Esse processo é chamado de convecção e é, em todos os aspectos, semelhante àquele que vemos quando aquecemos uma panela de água.

0,8 M (M < 0,8 M )sol sol

Para estudar melhor como se dá o processo de evolução das estrelas, vamos separá-las, segundo as características finais dessa evolução. Em geral, consideramos que as estrelas com massa M < 3 M , . Aquelas com massa, no intervalo sol

3 M < M < 10 M , . Obviamente sol sol

as estrelas com massa M > 10 M .sol

são estrelas de pequena massa

são estrelas de massa intermediária

são estrelas de grande massa

Estrelas de pequena massa

30

- Se a estrela tem uma A superfície da estrela massa M, menor do que: c o n t i n u a a e x p a n d i r,

transformando-a numa estrela gigante. Como o resultado do seu processo de expansão contínua, a estrela não Essas es t re las es tão consegue manter o seu contraindo o núcleo muito envoltório e o ejeta no espaço. lentamente.

O destino desse tipo de Como consequência disso, a estrela é se transformar em temperatura da sua região uma nebulosa planetária.central vai aumentando

gradativamente, mas muito pouco. O gás que está nessa região vai se tornando bem mais aquecido do que aquele mais próximo à superfície.

Forma-se então, nessa região central, bolhas de gás muito aquecido, que se deslocam na direção da superfície.

São essas bolhas o principal processo de transporte de energia, entre as regiões mais centrais da estrela e a sua superfície.

Esse processo é chamado de convecção e é, em todos os aspectos, semelhante àquele que vemos quando aquecemos uma panela de água.

0,8 M (M < 0,8 M )sol sol

Para estudar melhor como se dá o processo de evolução das estrelas, vamos separá-las, segundo as características finais dessa evolução. Em geral, consideramos que as estrelas com massa M < 3 M , . Aquelas com massa, no intervalo sol

3 M < M < 10 M , . Obviamente sol sol

as estrelas com massa M > 10 M .sol

são estrelas de pequena massa

são estrelas de massa intermediária

são estrelas de grande massa

Estrelas de pequena massa

30

- Se a estrela tem massa no violenta explosão do núcleo, o intervalo entre: processo conhecido como "flash

do hélio". Embora seja uma explosão violenta, a estrela não

Nessas estrelas o núcleo é destruída. A explosão fica contrai bastante e aquece. confinada à região nuclear e, Quando a temperatura na região como a temperatura abaixa central dessas estrelas atingir muito, o processo triplo-alfa

termina. Kelvins, um novo tipo A partir daí, a estrela volta a de reação nuclear, dessa vez

se contrair até que, em um envolvendo o hélio, irá ocorrer. determinado momento, a Esse é o processo “triplo-alfa” temperatura no seu centro, de discutido acima. Voltamos a

8novo, atinge 10 Kelvins. Mais lembrar que a temperatura tem uma vez, tem início o processo que ser suficientemente grande, triplo-alfa no interior da estrela para que os núcleos de hélio só que, desta vez, como um superem a barreira elétrica processo controlado, queimando repulsiva, que existe entre eles, hélio e o transformando em e possam se fundir. O resultado carbono. dessa fusão é um novo elemento

Já vimos que, do mesmo químico, o carbono.modo como aconteceu com a Cada reação triplo-alfa libera transformação de hidrogênio em 7,5 eV. Isso faz com que a h é l i o , o s r e s í d uo s d a tempera tura do núc leo transformação de hélio, ou seja, a u m e n t e , a u m e n t a n d o o carbono, vão se acumulando enormemente a taxa de na região central da estrela. produção nuclear (que depende

40 Depois de alguns milhões de da temperatura como T !), que anos essa estrela passa a ter um libera, cada vez mais, energia de núcleo de carbono inerte, uma 7,5 eV, que aumenta, ainda vez que o carbono só consegue mais, a temperatura do núcleo, ter reações nucleares quando a que aumenta, ainda mais, a taxa

9temperatura é de 10 Kelvins.de produção de energia, etc.

Algumas horas, após o começo do processo triplo-alfa, há uma

8T ~ 10

0,8 M e 3 M (0,8 M < M < 3 M )sol sol sol sol

31

Em um de t e rm inado momento a estrela esgota o seu conteúdo de hél io. A con t e ce , en t ão , t udo exatamente igual ao processo descrito anteriormente para a transformação de hidrogênio em hélio. A estrela, agora com uma região central de carbono sólido, se transforma em uma estrela gigante e ejeta a maior parte do seu envoltório gasoso, t rans formando-se numa nebulosa planetária.

Estrelas de massa intermediária

Uma estrela situada no Em algum momento a intervalo de massa de: temperatura da região central

deverá atingir a temperatura 9

também realiza a queima do de T ~ 10 Kelvins.hélio, com a consequente Esta temperatura já é formação de um núcleo de suficiente para dar início a um carbono. Só que, neste tipo de novo conjunto de reações estrela, o núcleo continua a nucleares envolvendo o contrair e a aquecer. carbono.

3 M < M < 10 Msol sol,

Ilustração sem escala de

tamanho e distância.

Esse é o destino do nosso Sol:9

Daqui a 5 x 10 anos, a superfície do Sol se expandirá, até quase a órbita da Terra. Em seguida o Sol ejetará a maior parte do material gasoso que o envolve, transformando-se em uma nebulosa planetaria. A parte interna da estrela ficará cada vez menor, tornando-se uma estrela Anã Branca, mais ou menos do tamanho da Terra, mas produzindo ainda algum calor. Eventualmente sua produção de energia cessará, e o Sol finalmente morrerá, tornando-se uma estrela Anã Negra, um corpo frio e escuro.

32

Em um de t e rm inado momento a estrela esgota o seu conteúdo de hél io. A con t e ce , en t ão , t udo exatamente igual ao processo descrito anteriormente para a transformação de hidrogênio em hélio. A estrela, agora com uma região central de carbono sólido, se transforma em uma estrela gigante e ejeta a maior parte do seu envoltório gasoso, t rans formando-se numa nebulosa planetária.

Estrelas de massa intermediária

Uma estrela situada no Em algum momento a intervalo de massa de: temperatura da região central

deverá atingir a temperatura 9

também realiza a queima do de T ~ 10 Kelvins.hélio, com a consequente Esta temperatura já é formação de um núcleo de suficiente para dar início a um carbono. Só que, neste tipo de novo conjunto de reações estrela, o núcleo continua a nucleares envolvendo o contrair e a aquecer. carbono.

3 M < M < 10 Msol sol,

Ilustração sem escala de

tamanho e distância.

Esse é o destino do nosso Sol:9

Daqui a 5 x 10 anos, a superfície do Sol se expandirá, até quase a órbita da Terra. Em seguida o Sol ejetará a maior parte do material gasoso que o envolve, transformando-se em uma nebulosa planetaria. A parte interna da estrela ficará cada vez menor, tornando-se uma estrela Anã Branca, mais ou menos do tamanho da Terra, mas produzindo ainda algum calor. Eventualmente sua produção de energia cessará, e o Sol finalmente morrerá, tornando-se uma estrela Anã Negra, um corpo frio e escuro.

32

Estrelas de grande massa

A taxa de produção de

energia, das reações envolvendo

carbono, varia com a temperatura

de uma maneira espantosa:

As estrelas de massa

intermediária, também expulsam

seus envoltórios gasosos e se

transformam em nebulosas

planetárias.

120 å ~T !

12 12 24C + C —> Mg 12 12 20 4C + C —> Ne + He

12 4 16C + He —> O

Se a estrela tem uma massa entre , a

temperatura do núcleo sobe, até um valor bastante alto, da

ordem de Kelvins.

Isto é suficiente para iniciar a queima do oxigênio e do neônio, formando silício, enxofre e magnésio.

10 e 20 Ms o l

9T ~2 x 10

16 16 28 4O + O —> Si + He 16 16 32O + O —> S

20 4 24Ne + He —> Mg

A queima do carbono ocorre das seguintes maneiras:

33

No entanto, se a estrela tem uma massa maior do que 20 M a temperatura do núcleo sol

9alcança T ~3 x 10 Kelvins o que permite a queima do silício.

56A cadeia termina quando o Fe é produzido. No entanto, a c o n t e c e a l g o m u i t o importante durante estes processos nucleares. A partir de reações tais como:

Um número muito grande de nêutrons é produzido, e liberado no interior da estrela. Esses nêutrons se combinam com vários átomos, formando isótopos pesados desses elementos. Acontece que os núcleos, ricos em nêutrons, são instáveis e decaem para estados de menor energia. O importante é entender que esse é o processo de formação, dos elementos pesados, que encontramos em todo o Universo.

28 28 56Si + Si —> Ni

56 56 + Ni —> Co + e + í e

56 56 + Co —> Fe + e + íe

12 13C + p —> N + ã 13 13 + N —> C + e + í e

13 4 16 C + He —> O + n

34

No entanto, se a estrela tem uma massa maior do que 20 M a temperatura do núcleo sol

9alcança T ~3 x 10 Kelvins o que permite a queima do silício.

56A cadeia termina quando o Fe é produzido. No entanto, a c o n t e c e a l g o m u i t o importante durante estes processos nucleares. A partir de reações tais como:

Um número muito grande de nêutrons é produzido, e liberado no interior da estrela. Esses nêutrons se combinam com vários átomos, formando isótopos pesados desses elementos. Acontece que os núcleos, ricos em nêutrons, são instáveis e decaem para estados de menor energia. O importante é entender que esse é o processo de formação, dos elementos pesados, que encontramos em todo o Universo.

28 28 56Si + Si —> Ni

56 56 + Ni —> Co + e + í e

56 56 + Co —> Fe + e + íe

12 13C + p —> N + ã 13 13 + N —> C + e + í e

13 4 16 C + He —> O + n

34

Todos os elementos pesados que existem no Universo foram fabricados no interior de alguma estrela gigante ou supergigante. Quando estas estrelas evoluem e explodem, esses elementos são l ançados no me io interestelar, enriquecendo as nuvens de gás e poeira que dão origem à geração seguinte de estrelas.

Devido à contínua queima de elementos nucleares, a estrutura interna destas estrelas de grande massa, é formada por conchas concêntricas, de elementos cada vez mais pesados, assemelhando-se a uma “repugnante” cebola.

Concha de queima de Hidrogênio

Concha de queima de Hélio

Concha de queima de Carbono

Concha de queima de Neônio

Concha de queima de Oxigênio

Concha de queima de Silício

Núcleo de Ferro

Órbita de Júpiter

1500 milhões de Km

Nosso corpo é formado por carbono, um elemento pesado que foi fabricado no interior de uma estrela. Existimos

porque, em algum momento, uma estrela, localizada nesta vizinhança, explodiu e lançou este material pesado no gás

que, mais tarde, daria origem ao Sol e ao sistema planetário

que o acompanha.

35

Conhecemos várias estrelas de grande massa, taiscomo, Antares e Betelgeuse mostradas a seguir.

Antares

Elemento que sofre a queima nuclear

Elementos quesão produzidosnesta queimanuclear

Temperatura mínima para ocorrer areação nuclear(em Kelvins)

Duração da fusãonuclear

Massa que a estrela deveter para iniciara fusão nuclear

do Ni ao Fe92,7 x 10 ~ 8 MsolSi ~ 1 dia

He 74 x 10 0,1 Msol

6 7 x 10 anosH

He C, O 82 x 10 0,4 Msol5 5 x 10 anos

C Ne, Na, Mg, O 86 x 10 4 Msol 600 anos

Ne O, Mg 91,2 x 10 ~ 8 Msol 1 ano

Si, S, P 91,5 x 10 ~ 8 MsolO ~ 0,5 ano

Betelgeuse

36

Conhecemos várias estrelas de grande massa, taiscomo, Antares e Betelgeuse mostradas a seguir.

Antares

Elemento que sofre a queima nuclear

Elementos quesão produzidosnesta queimanuclear

Temperatura mínima para ocorrer areação nuclear(em Kelvins)

Duração da fusãonuclear

Massa que a estrela deveter para iniciara fusão nuclear

do Ni ao Fe92,7 x 10 ~ 8 MsolSi ~ 1 dia

He 74 x 10 0,1 Msol

6 7 x 10 anosH

He C, O 82 x 10 0,4 Msol5 5 x 10 anos

C Ne, Na, Mg, O 86 x 10 4 Msol 600 anos

Ne O, Mg 91,2 x 10 ~ 8 Msol 1 ano

Si, S, P 91,5 x 10 ~ 8 MsolO ~ 0,5 ano

Betelgeuse

36

Ao contrário das estrelas de Outras serão totalmente pequena massa e de massa destruídas, nada restando intermediária, as estrelas de delas, a não ser seu gás que, grande massa não formarão agora, enriquece o meio nebulosas planetárias, no final interestelar.de sua existência. Seu destino Essa é uma descrição, bem é sofrer uma violenta explosão, resumida, dos processos de d a n d o o r i g e m a u m a fusão nuclear que ocorrem nos supernova. Algumas deixarão interiores estelares e que como resíduo, uma estrela de determinam o destino final das nêutrons ou um buraco negro. estrelas.

É esse processo que acontece em uma usina nuclear terrestre?

Nas usinas nucleares, a produção de energia é feita, a energia é obtida por um partir do processo de fissão processo diferente daqueles nuclear, ou seja, energia que é que descrevemos acima e que liberada quando um núcleo ocorrem no interior das atômico é fragmentado. Esse estrelas. Vimos que, em uma processo foi descoberto pela estre la, o processo de cientista austríaca, Lise produção de energia nuclear é Meitner, e pelo físico alemão, a fusão nuclear, a partir do Otto Hanh, em 1938. Veja núcleo mais leve existente: o como era o laboratório onde foi núcleo do átomo de hidrogênio. feita, pela primeira vez, a

Nas usinas nucleares, a divisão de um átomo.

37

Inicialmente, quando começaram as pesquisas sobre energia nuclear, todo o problema se resumia em saber como controlar o processo de fissão, ou seja,

controlar a energia liberada por cada rompimento de núcleo atômico.

Para realizar a fissão de um ele, algumas vezes, forma núcleo atômico, é necessário urân io 239, que deca i usar átomos que possuam formando plutônio 239, grandes núcleos. Isso levou, os também uma fonte de cientistas, a utilizarem átomos antineutrinos. O problema com de urânio e de plutônio. o processo de fissão é que, Nos reatores nucleares, o como cada núcleo de urânio combustível é o urânio, na rompido libera nêutrons, logo forma de dois isótopos: urânio você tem uma série de fissões 235 e urânio 238. Quando nucleares ocorrendo em todos ocorre a colisão de um nêutron os átomos de urânio presentes.com um átomo de urânio 235, A essa sequência de seu núcleo sofre fissão, processos de fissão, que dividindo-se em dois núcleos o c o r r e m d e m o d o m e n o r e s , e l i b e r a n d o descontrolado, l iberando antineutrinos e uma enorme enormes quantidades de quantidade de energia. Quando energia de modo súbito, damos o urânio 238 captura nêutrons o nome de reação em cadeia.

x

x

235

235U 235U

U238U

1 2 3

235U

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Inicialmente, quando começaram as pesquisas sobre energia nuclear, todo o problema se resumia em saber como controlar o processo de fissão, ou seja,

controlar a energia liberada por cada rompimento de núcleo atômico.

Para realizar a fissão de um ele, algumas vezes, forma núcleo atômico, é necessário urân io 239, que deca i usar átomos que possuam formando plutônio 239, grandes núcleos. Isso levou, os também uma fonte de cientistas, a utilizarem átomos antineutrinos. O problema com de urânio e de plutônio. o processo de fissão é que, Nos reatores nucleares, o como cada núcleo de urânio combustível é o urânio, na rompido libera nêutrons, logo forma de dois isótopos: urânio você tem uma série de fissões 235 e urânio 238. Quando nucleares ocorrendo em todos ocorre a colisão de um nêutron os átomos de urânio presentes.com um átomo de urânio 235, A essa sequência de seu núcleo sofre fissão, processos de fissão, que dividindo-se em dois núcleos o c o r r e m d e m o d o m e n o r e s , e l i b e r a n d o descontrolado, l iberando antineutrinos e uma enorme enormes quantidades de quantidade de energia. Quando energia de modo súbito, damos o urânio 238 captura nêutrons o nome de reação em cadeia.

x

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No dia 2 de dezembro de norte-americanos no estudo da 1942, em uma quadra de energia nuclear foram voltados squash, situada abaixo do para a construção de algum es t ád i o de f u t ebo l da tipo de artefato militar, que Universidade de Chicago, utilizasse a energia liberada em Estados Unidos, o físico italiano um processo de fissão nuclear. E n r i c o F e r m i , e s e u s Isso eles conseguiram e, colaboradores conseguiram, infelizmente, o primeiro uso da pela primeira vez, controlar e energia nuclear foi em uma manter, de forma auto- guerra.sustentada, um processo de No dia 16 de julho de 1945, reação nuclear em cadeia. em um local desértico, 56 Surgiu, assim, o primeiro quilômetros a sudeste da reator nuclear artificial, o cidade de Socorro, estado do “Chicago Pile-1”, uma grande Novo México, Estados Unidos, “pilha atômica” formada por foi detonado, pela primeira vez, tijolos de grafite e tendo, como um artefato nuclear artificial. combustível nuclear o urânio. Este foi o chamado “teste

Neste ano, o mundo passava nuclear Trinity”, a explosão de pela Segunda Guerra Mundial. um artefato nuclear de A partir de uma carta enviada, plutônio, que liberou uma pelo físico Albert Einstein para energia equivalente à explosão o presidente dos Estados de cerca de 20 mil toneladas de Unidos, todos os esforços TNT.

A ameaça nuclear: bombas nucleares

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O primeiro uso de um artefato nuclear em um alvo militar ocorreu no dia 6 de agosto de 1945, quando os norte-americanos lançaram, sobre a cidade japonesa de Hiroshima uma bomba nuclear, apelidada de “Little Boy” (“Garotinho”).

O poder explosivo dessa bomba foi obtido a partir da fissão nuclear do urânio 235. Essa foi a segunda explosão nuclear, artificial, na história da humanidade e, a primeira, que usou urânio como elemento detonador: ela continha 64 kg de urânio, dos quais 0,7 kg sofreram fissão nuclear e, dessa massa, somente 0,6 g foi transformada em energia, l iberando uma potência destrutiva, entre 13 e 16 mil toneladas (quilotons) de TNT!

Três dias depois, em 9 de agosto de 1945, mais uma bomba nuclear, agora usando plutônio 239, foi lançada pelos norte-americanos sobre outra cidade japonesa, Nagasaki. Essa arma nuclear, conhecida como “Fat Man” (“Homem Gordo”).

Bomba Nuclear conhecidacomo “Little Boy” (“Garotinho”).

Nagasaki apósao ataque norte-americano.

O primeiro uso de um artefato nuclear em um alvo militar ocorreu no dia 6 de agosto de 1945, quando os norte-americanos lançaram, sobre a cidade japonesa de Hiroshima uma bomba nuclear, apelidada de “Little Boy” (“Garotinho”).

O poder explosivo dessa bomba foi obtido a partir da fissão nuclear do urânio 235. Essa foi a segunda explosão nuclear, artificial, na história da humanidade e, a primeira, que usou urânio como elemento detonador: ela continha 64 kg de urânio, dos quais 0,7 kg sofreram fissão nuclear e, dessa massa, somente 0,6 g foi transformada em energia, l iberando uma potência destrutiva, entre 13 e 16 mil toneladas (quilotons) de TNT!

Três dias depois, em 9 de agosto de 1945, mais uma bomba nuclear, agora usando plutônio 239, foi lançada pelos norte-americanos sobre outra cidade japonesa, Nagasaki. Essa arma nuclear, conhecida como “Fat Man” (“Homem Gordo”).

Bomba Nuclear conhecidacomo “Little Boy” (“Garotinho”).

Nagasaki apósao ataque norte-americano.

O resultado foi a morte, imediata, de cerca de

140 mil pessoas.

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Bomba nuclear, conhecida como “Fat Man” (“Homem

Gordo”).

O mundo assistiu, horrorizado, da radiação que impregnava os uma única bomba matar cerca de locais onde ocorriam essas 39000 pessoas e deixar feridas, explosões.mais 25000. Milhares de pessoas No entanto, energia nuclear morreriam mais tarde em virtude não é sinônimo de destruição, da violência da explosão e assim como, pólvora não é queimaduras, ao mesmo tempo sinônimo de terrorismo! A energia em que, centenas de pessoas, nuclear pode ser usada para o morreriam de doenças associadas bem da humanidade, produzindo à exposição à radiação. energia elétrica, permitindo o

Após esses holocaustos avanço da medicina nuclear, etc. nucleares, o mundo entrou em Tudo isso passou a ser possível uma imensa paranóia em relação com o uso de reatores nucleares, à energia nuclear. Para muitas onde as reações que ali ocorrem pessoas, energia nuclear passou são controladas pelo ser humano.a ser sinônimo de mal.

Esse pavor foi ainda mais alimentado, quando as pessoas tomaram conhecimento de que as duas maiores potências militares da época, Estados Unidos e União Soviética, possuíam armas nucleares, capazes de dizimar praticamente toda a humanidade, fosse pela explosão direta desses artefatos ou pelas consequências, nefastas,

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Bomba nuclear, conhecida como “Fat Man” (“Homem

Gordo”).

O mundo assistiu, horrorizado, da radiação que impregnava os uma única bomba matar cerca de locais onde ocorriam essas 39000 pessoas e deixar feridas, explosões.mais 25000. Milhares de pessoas No entanto, energia nuclear morreriam mais tarde em virtude não é sinônimo de destruição, da violência da explosão e assim como, pólvora não é queimaduras, ao mesmo tempo sinônimo de terrorismo! A energia em que, centenas de pessoas, nuclear pode ser usada para o morreriam de doenças associadas bem da humanidade, produzindo à exposição à radiação. energia elétrica, permitindo o

Após esses holocaustos avanço da medicina nuclear, etc. nucleares, o mundo entrou em Tudo isso passou a ser possível uma imensa paranóia em relação com o uso de reatores nucleares, à energia nuclear. Para muitas onde as reações que ali ocorrem pessoas, energia nuclear passou são controladas pelo ser humano.a ser sinônimo de mal.

Esse pavor foi ainda mais alimentado, quando as pessoas tomaram conhecimento de que as duas maiores potências militares da época, Estados Unidos e União Soviética, possuíam armas nucleares, capazes de dizimar praticamente toda a humanidade, fosse pela explosão direta desses artefatos ou pelas consequências, nefastas,

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Para que um reator nuclear O problema é que o urânio de fissão possa funcionar, é natural é formado por 99,3% necessária uma complexa de U238 e somente 0,7% de estrutura industrial. U235. Por esse motivo, é

A alma de um reator nuclear necessário “enriquecer” o está no desenvolvimento do urânio.chamado “ciclo de combustível nuclear”. Esse ciclo é uma série de processos industriais caros, longos e que envolvem grande desenvolvimento tecnológico. Seu objetivo é produzir o urânio enr iquec ido, usado nos reatores nucleares.

Tudo começa com a extração do minério de urânio, de uma mina. Esse minério é então concentrado, sob a forma de pó composto por óxidos de urânio, de forte cor amarela e que é chamado de “yellowcake”. Nessa forma natural ele contém, principalmente, dois tipos de átomos de urânio (dois isótopos): U235 e U238.

O U235 é fissel e, por conseguinte, sua energia nuclear pode ser aproveitada em um reator, enquanto que o U238 não pode.

Como funciona umreator nuclear de fissão

WWER-1000 (Water-Water Energetic Reactor, força elétrica de 1000

megawatt) é um reator russo de energia nuclear do tipo PWR(Reatores de água a pressão)

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A maioria das usinas enriquecimento de urânio. n u c l e a r e s u s a c o m o Desses, apenas dois são usados combustível urânio com baixo em escala comercial: a difusão enriquecimento, tipicamente 3 gasosa e as centrífugas. No a 5% de U235. processo de difusão gasosa, a

Bombas nucleares são, separação é feita bombeando-normalmente, fabricadas com se o gás em câmaras divididas urânio altamente enriquecido por membranas de metais contendo, pelo menos, 90% de porosas, através das quais o U235. U235 se difunde, levemente,

Para enriquecer o urânio mais rapidamente.você precisa primeiro converter No processo de centrífugas, a “yellowcake” em um gás o gás é injetado em um cilindro tóxico e altamente corrosivo, que gira, a incrível velocidade chamado hexafluoreto de de 90 000 rotações por minuto. urânio. A força centrífuga empurra o

Depois disso é que vem o U238 para mais próximo da enriquecimento propriamente parede do rotor, enquanto que o dito, ou seja, a separação do U235, ligeiramente mais leve, U235 útil. Conhecemos hoje tende a se reunir mais próximo menos de 10 métodos de ao centro.

Cascatas da centrífuga de urânio.

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A maioria das usinas enriquecimento de urânio. n u c l e a r e s u s a c o m o Desses, apenas dois são usados combustível urânio com baixo em escala comercial: a difusão enriquecimento, tipicamente 3 gasosa e as centrífugas. No a 5% de U235. processo de difusão gasosa, a

Bombas nucleares são, separação é feita bombeando-normalmente, fabricadas com se o gás em câmaras divididas urânio altamente enriquecido por membranas de metais contendo, pelo menos, 90% de porosas, através das quais o U235. U235 se difunde, levemente,

Para enriquecer o urânio mais rapidamente.você precisa primeiro converter No processo de centrífugas, a “yellowcake” em um gás o gás é injetado em um cilindro tóxico e altamente corrosivo, que gira, a incrível velocidade chamado hexafluoreto de de 90 000 rotações por minuto. urânio. A força centrífuga empurra o

Depois disso é que vem o U238 para mais próximo da enriquecimento propriamente parede do rotor, enquanto que o dito, ou seja, a separação do U235, ligeiramente mais leve, U235 útil. Conhecemos hoje tende a se reunir mais próximo menos de 10 métodos de ao centro.

Cascatas da centrífuga de urânio.

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Uma pastilha de urânioaltamente enriquecido.

Por meio de variações de Depois do enriquecimento, o temperaturas, ao longo do rotor, próximo estágio no ciclo é a frações do U238 e do U235 fabricação do combustível circulam e fluem para dentro de nuclear. O hexafluoreto de urânio, cavidades. Cada centrífuga agora mais rico em U235, é aumenta a concentração de transformado em dióxido de U235 por apenas uma pequena urânio, um pó escuro que é então fração de modo que milhares de comprimido em pequenos discos. máquinas precisam ser ligadas Esses são colocados em longos em cascata. tubos de metal, que formam o

As centrífugas revolucionaram “coração nuclear” de um reator. o enriquecimento do urânio, por À medida que o combustível é exigirem equipamentos mais usado no reator, o U235 baratos, menos energia e menos concentrado é esgotado e deve espaço do que a difusão. ser substituído. O combustível

Foi o cientista austríaco, gasto pode ser enviado para um Gernot Zippe quem inventou a local de armazenamento moderna centrífuga de urânio, ao permanente ou, então, pode ser projetar um equipamento no reprocessado.qual um suporte de metal, O reprocessamento separa o semelhante a uma agulha, U235 que não sofreu fissão (e há apoiava o rotor na parte de uma grande quantidade dele) e baixo, enquanto um conjunto de retorna esse material ao estágio magnetos mantinha o topo do de enriquecimento para se tornar rotor estável. de novo combustível nuclear.

Subprodutos do reprocessamento incluem o plutônio, em particular, um dos seus isótopos Pu239, uma alternativa ao urânio altamente enriquecido na fabricação de bombas nucleares.

45

Precisamos deenergia nuclear?

A energia nuclear é tão criticada por alterar o clima perigosa quanto qualquer outra local e exigir a criação de forma de energia, usada de imensos reservatórios (os modo irresponsável. Hoje, chamados “lagos de represa”), tendo consciência de que os que destroem grandes regiões combustíveis fósseis (petróleo, de mata virgem e até mesmo carvão), além de poluirem a cidades já existentes, causando a tmos f e ra , um d i a s e problemas sociais com a esgotarão, devemos voltar remoção de seus habitantes.nossos olhos para a energia nuclear.

A s u s i n a s nu c l e a r e s produzem grandes quantidades de energia elétrica e são fatores, fundamentais, em um mundo cada vez mais ávido por energia.

O consumo de eletricidade no Brasil cresceu muito desde 1990. O consumo “per capita” é de 2235 kWh/ano. A energia nuclear fornece 3% da eletricidade do país, cerca de 13 bilhões de kWh por ano. A energia hidroelétrica fornece 92% do total, mas hoje é

Certamente sim.

No Brasil temos, somente, duas usinas nucleares em operação, as usinas Angra I e Angra II instaladas na praia de Itaorna, na região de Angra dos Reis, no litoral sul do estado do Rio de Janeiro. A usina Angra I fornece 657 megawatts (MWe) de energia elétrica e Angra II fornece 1350 Mwe. Desse modo, elas contribuem com 4,1 porcento da eletricidade do nosso país.

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Precisamos deenergia nuclear?

A energia nuclear é tão criticada por alterar o clima perigosa quanto qualquer outra local e exigir a criação de forma de energia, usada de imensos reservatórios (os modo irresponsável. Hoje, chamados “lagos de represa”), tendo consciência de que os que destroem grandes regiões combustíveis fósseis (petróleo, de mata virgem e até mesmo carvão), além de poluirem a cidades já existentes, causando a tmos f e ra , um d i a s e problemas sociais com a esgotarão, devemos voltar remoção de seus habitantes.nossos olhos para a energia nuclear.

A s u s i n a s nu c l e a r e s produzem grandes quantidades de energia elétrica e são fatores, fundamentais, em um mundo cada vez mais ávido por energia.

O consumo de eletricidade no Brasil cresceu muito desde 1990. O consumo “per capita” é de 2235 kWh/ano. A energia nuclear fornece 3% da eletricidade do país, cerca de 13 bilhões de kWh por ano. A energia hidroelétrica fornece 92% do total, mas hoje é

Certamente sim.

No Brasil temos, somente, duas usinas nucleares em operação, as usinas Angra I e Angra II instaladas na praia de Itaorna, na região de Angra dos Reis, no litoral sul do estado do Rio de Janeiro. A usina Angra I fornece 657 megawatts (MWe) de energia elétrica e Angra II fornece 1350 Mwe. Desse modo, elas contribuem com 4,1 porcento da eletricidade do nosso país.

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A companhia que opera os Recentemente o governo r e a t o r e s n u c l e a r e s , brasileiro reviu seu programa estabelecidos em Angra dos nuclear. Um, possível, novo Reis, é a Eletronuclear, cenário seria completar o reator (Eletrobrás Termonuclear S/A), Angra-3, que geraria 1300 subsidiária da Eletrobrás. MWe, e construir um novo

Hoje o Brasil ainda envia o reator de 1300 MWe e dois seu urânio para ser enriquecido outros, de 300 MWe, esses em países da Europa, mas últimos projetados no nosso fazendo esse enriquecimento país. Com essa série de reatores em nosso país, esperamos nucleares fica, mais que economizar, pelo menos, 12 justificado, o Brasil fabricar seu milhões de dólares por ano. próprio combustível nuclear.

Condensador

Bomba

GeradorElétrico Torre de

Transmissão

BombaBomba

Turbina

Bomba principalde refrigeração

Elemento combustível

Barras decontrole

Água

Tanque de água de alimentação

Geradorde vapor

Vaso depressão

ReatorPressurizador

Vapor

Vaso de contenção

Circuito Primário

Circuito Secundário

Sistema de água de Refrigeração

Esse é o esquema de funcionamento da usina nuclear Angra II.

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“Yellowcake”

Vista aérea da Unidadeda INB na cidade de Resende/RJ.

Pastilhas deDióxido de

Urânio.

Com a inauguração de um centro de centrífugas voltadas para o enriquecimento de urânio na cidade de Resende, próxima ao Rio de Janeiro, o Brasil possui, agora, domínio sobre todos os estágios de produção de combustível nuclear, desde a mineração e processamento do minério de urân io, no concentrado conhecido como “yellowcake”, até a fabricação de pastilhas de dióxido de urânio que preenche extremamente dependente dos as barras que formam o núcleo norte-americanos, nesse setor de um reator nuclear. estratégico, e já conhecendo o

Essas centrífugas, que usam cerceamento que eles davam, a 100% de tecnologia nacional, qualquer desenvolvimento foram desenvolvidas pela nuclear fora de sua jurisdição, Marinha de Guerra do Brasil, nosso país procurou parceria que as fabrica e as instala em com a Alemanha, na época Resende, para as Indústrias Alemanha Ocidental.Nucleares Brasileiras (INB). Em 1975 foi assinado um

O d e s e n v o l v i m e n t o acordo entre o Brasil e a tecnológico do Brasil, no campo Alemanha Ocidental, que da energia nuclear, despertou incluía a construção de oito “preocupações” nos auto- reatores, cada um capaz de i n t i t u l a d o s p a í s e s produzir 1300 MWe de energia desenvolvidos. Aliás, todo o elétrica, em 15 anos.trajeto do nosso país, na procura de auto-suficiência nuclear, foi pontilhado por pressões, cada vez mais acirradas feitas pelos países do Hemisfério Norte. Até mesmo a c ons t r u ção da s u s i na s nuc leares não fo i a lgo tranquilo.

Em 1971 o Brasil comprou, da companhia norte-americana We s t i n g h o u s e E l e c t r i c Corporation, seu primeiro reator nuclear, o Angra I.

Te m e n d o s e t o r n a r

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“Yellowcake”

Vista aérea da Unidadeda INB na cidade de Resende/RJ.

Pastilhas deDióxido de

Urânio.

Com a inauguração de um centro de centrífugas voltadas para o enriquecimento de urânio na cidade de Resende, próxima ao Rio de Janeiro, o Brasil possui, agora, domínio sobre todos os estágios de produção de combustível nuclear, desde a mineração e processamento do minério de urân io, no concentrado conhecido como “yellowcake”, até a fabricação de pastilhas de dióxido de urânio que preenche extremamente dependente dos as barras que formam o núcleo norte-americanos, nesse setor de um reator nuclear. estratégico, e já conhecendo o

Essas centrífugas, que usam cerceamento que eles davam, a 100% de tecnologia nacional, qualquer desenvolvimento foram desenvolvidas pela nuclear fora de sua jurisdição, Marinha de Guerra do Brasil, nosso país procurou parceria que as fabrica e as instala em com a Alemanha, na época Resende, para as Indústrias Alemanha Ocidental.Nucleares Brasileiras (INB). Em 1975 foi assinado um

O d e s e n v o l v i m e n t o acordo entre o Brasil e a tecnológico do Brasil, no campo Alemanha Ocidental, que da energia nuclear, despertou incluía a construção de oito “preocupações” nos auto- reatores, cada um capaz de i n t i t u l a d o s p a í s e s produzir 1300 MWe de energia desenvolvidos. Aliás, todo o elétrica, em 15 anos.trajeto do nosso país, na procura de auto-suficiência nuclear, foi pontilhado por pressões, cada vez mais acirradas feitas pelos países do Hemisfério Norte. Até mesmo a c ons t r u ção da s u s i na s nuc leares não fo i a lgo tranquilo.

Em 1971 o Brasil comprou, da companhia norte-americana We s t i n g h o u s e E l e c t r i c Corporation, seu primeiro reator nuclear, o Angra I.

Te m e n d o s e t o r n a r

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Além disso, o acordo previa a transferência, completa, da tecnologia necessária, para o desenvolvimento de uma i n d ú s t r i a d o c i c l o d e combustível nuclear. A pressão contra esse acordo, feita pelos Estados Unidos, foi enorme e o Brasil foi obrigado a colocar suas instalações nucleares sob controle internacional. Isso acabou sendo desnecessário pois na década dos anos de 1980, nosso país mergulhou em grande crise econômica e só o reator Angra 2, incluído no acordo, foi construído. Além d i s s o , o p r o c e s s o d e enriquecimento de urânio, cedido pelos alemães, o “jet-nozzle”, mostrou não ser viável economicamente.

Um pouco antes disso, o governo militar existente no Brasil, vendo as dificuldades q u e s e a g i g a n t a v a m , impedindo o desenvolvimento nuclear do país, decidiu investir pudesse ser usado em um em um programa nuclear, que submarino, assim como, o não dependeria de tecnologia desenvolvimento de tecnologia estrangeira e não estaria de enriquecimento de urânio restrito por salvaguardas que, para esse propósito, seria internacionais. difícil de ser adquirido no

Embora desenvolvido por exterior. Esse programa ficou militares das três forças conhecido com o nome de ( E x é r c i t o , M a r i n h a e “Projeto Ciclone” e foi liderado Aeronáutica), esse programa pelo oficial da marinha, Othon não tinha como objetivo a Luiz Pinheiro da Silva.fabricação de armas nucleares.

F o i o p r o g r a m a , desenvolvido pela Marinha que obteve mais êxito. Seu objetivo era desenvolver um reator nuc lear, compacto, que

Piscina de combustível usadaem Usinas Nucleares.

49

Após um estágio no MIT, nos energia nuclear, para fins Estados Unidos, ele trouxe para pacíficos. nosso país a idéia de que, o Várias partes do programa enriquecimento de urânio, nuclear brasi leiro foram deveria ser feito por um integradas ao Ministério de p rocesso que u t i l i z ava Ciência e Tecnologia. Em 1997, centrífugas. o Brasil assinou o Tratado de

No dia 8 de setembro de Não Proliferação de Armas 1982, da Silva e seu grupo, Nucleares e permit iu a usando uma única centrífuga, inspeção, pela IAEA, de todas r e a l i z a r a m a p r i m e i r a as suas indústrias nucleares, experiência de enriquecimento, incluindo o complexo de Aramar com sucesso no nosso país. Em pertencente à Marinha. 1987, já havia um conjunto de 48 centrífugas e, em 1991, elas chegavam a cerca de 500.

Isso despertou suspeitas nos Estados Unidos que, segundo a rev ista norte-amer icana Spectrum, do IEEE, com base em um documento secreto da Marinha Brasileira, decidiram manter esse programa sob vigilância cerrada tendo até mesmo designado agentes americanos, baseados em São Paulo, para seguir da Silva o tempo todo.

A p e s q u i s a c o m a s centrífugas continua a ser feita no Centro de Tecnologia da Mar inha em São Pau lo (CTMSP), enquanto sua fabricação ocorre no Centro Experimental Aramar, da Marinha, localizado em Iperó, São Paulo.

A partir dos anos da década de 1980, com a mudança para governos civis, o programa nuclear brasileiro sofreu grandes modificações. Pela Constituição, aprovada em 1988, o Brasil só pode usar

Em 1991, Brasil e Argentina assinaram um acordo, no qual, se

comprometiam a não fabricar bombas nucleares e a estabelecer uma

agência de inspeção nuclear mútua.

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Após um estágio no MIT, nos energia nuclear, para fins Estados Unidos, ele trouxe para pacíficos. nosso país a idéia de que, o Várias partes do programa enriquecimento de urânio, nuclear brasi leiro foram deveria ser feito por um integradas ao Ministério de p rocesso que u t i l i z ava Ciência e Tecnologia. Em 1997, centrífugas. o Brasil assinou o Tratado de

No dia 8 de setembro de Não Proliferação de Armas 1982, da Silva e seu grupo, Nucleares e permit iu a usando uma única centrífuga, inspeção, pela IAEA, de todas r e a l i z a r a m a p r i m e i r a as suas indústrias nucleares, experiência de enriquecimento, incluindo o complexo de Aramar com sucesso no nosso país. Em pertencente à Marinha. 1987, já havia um conjunto de 48 centrífugas e, em 1991, elas chegavam a cerca de 500.

Isso despertou suspeitas nos Estados Unidos que, segundo a rev ista norte-amer icana Spectrum, do IEEE, com base em um documento secreto da Marinha Brasileira, decidiram manter esse programa sob vigilância cerrada tendo até mesmo designado agentes americanos, baseados em São Paulo, para seguir da Silva o tempo todo.

A p e s q u i s a c o m a s centrífugas continua a ser feita no Centro de Tecnologia da Mar inha em São Pau lo (CTMSP), enquanto sua fabricação ocorre no Centro Experimental Aramar, da Marinha, localizado em Iperó, São Paulo.

A partir dos anos da década de 1980, com a mudança para governos civis, o programa nuclear brasileiro sofreu grandes modificações. Pela Constituição, aprovada em 1988, o Brasil só pode usar

Em 1991, Brasil e Argentina assinaram um acordo, no qual, se

comprometiam a não fabricar bombas nucleares e a estabelecer uma

agência de inspeção nuclear mútua.

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Mesmo agora, com o Brasil

signatário do Tratado de Não

Proliferação Nuclear, ainda são

fortes as pressões sobre o

Governo Brasileiro, com o

objetivo de desmantelar nossa

indústria nuclear.Alguns “observadores”

internacionais sentem ameaça

no programa de enriquecimento

de urânio desenvolvido no

nosso país, e declaram que, o

mundo não deve aceitar o

funcionamento da indústria de

enriquecimento, instalada em

Resende, e que o governo

brasileiro deve ser pressionado

a fechar essa fábrica.A alegação deles: se o Brasil

faz, outros países também vão

querer fazer! O Brasil se protege

alegando que, o próprio Tratado

de Não Proliferação, no seu

artigo IV, garante que os países

signatários têm o direito de

explorar a energia nuclear para

propósitos pacíficos, incluindo o

desenvolvimento do ciclo de

combustível nuclear.Em 2004, os Estados Unidos

começaram a fa lar em

mudanças nas regras do tratado,

de modo a impedir que outros

países desenvolvam a indústria

nuclear. Segundo eles, devia ser

proibida a disseminação da

tecnologia de reprocessamento

e enriquecimento nuclear.Países que ainda não

produzem combustível nuclear

deveriam ser proibidos de

desenvolver essa capacidade

tecnológica.

Bocais

Elemento combustível

Montagem

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Uma alta autoridade, da por serviços de enriquecimento de Agência Internacional de urânio. Cerca de 90% dos Energia Nuclear (IAEA), propôs reatores nucleares, de todo o uma moratória de cinco anos mundo 397 de um total de 441 – sobre novas indústrias de dependem de serviços de r e p r o c e s s a m e n t o e enriquecimento para obter seu enriquecimento, declarando combustível. Esse é um mercado que, durante esse período, a global de mais de cinco bilhões de IAEA forneceria o material físsil dólares por ano, algo não n e c e s s á r i o p a r a o desprezível, que o nosso país funcionamento de usinas pretende participar no futuro. nucleares civis, através de Segundo a INB, o Brasil pretende f o r n e c e d o r e s q u e e l a produzir de 20 a 30 toneladas autorizasse, e a preços de métricas de urânio enriquecido mercado! O ridículo dessa por ano, ou seja, 60% do proposta está no fato de que, o combustível doméstico que Brasil logo estará produzindo necessitamos, por volta de 2008 urânio enriquecido em escala ou 2009 alcançando 100%, por industrial, suficiente para volta de 2010.abastecer seus dois reatores nucleares. O Brasil possui a oitava reserva mundial e o enriquecimento dará ao nosso país autonomia de combustível nuclear.

A segunda razão pela qual essa proposta é risível, é o fato econômico que está por trás dela. Preocupados com o aumento dos preços do petróleo e com as emissões de gás, que provoca o efeito estufa, parece haver um renascimento da necessidade de gerar energia por processos nucleares. Isso mostra que em pouco tempo haverá um substancial aumento na demanda

–

Na imagem, podemosver o urânio em seu estado

natural e suas pastilhas, depoisdo seu enriquecimento.

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Uma alta autoridade, da por serviços de enriquecimento de Agência Internacional de urânio. Cerca de 90% dos Energia Nuclear (IAEA), propôs reatores nucleares, de todo o uma moratória de cinco anos mundo 397 de um total de 441 – sobre novas indústrias de dependem de serviços de r e p r o c e s s a m e n t o e enriquecimento para obter seu enriquecimento, declarando combustível. Esse é um mercado que, durante esse período, a global de mais de cinco bilhões de IAEA forneceria o material físsil dólares por ano, algo não n e c e s s á r i o p a r a o desprezível, que o nosso país funcionamento de usinas pretende participar no futuro. nucleares civis, através de Segundo a INB, o Brasil pretende f o r n e c e d o r e s q u e e l a produzir de 20 a 30 toneladas autorizasse, e a preços de métricas de urânio enriquecido mercado! O ridículo dessa por ano, ou seja, 60% do proposta está no fato de que, o combustível doméstico que Brasil logo estará produzindo necessitamos, por volta de 2008 urânio enriquecido em escala ou 2009 alcançando 100%, por industrial, suficiente para volta de 2010.abastecer seus dois reatores nucleares. O Brasil possui a oitava reserva mundial e o enriquecimento dará ao nosso país autonomia de combustível nuclear.

A segunda razão pela qual essa proposta é risível, é o fato econômico que está por trás dela. Preocupados com o aumento dos preços do petróleo e com as emissões de gás, que provoca o efeito estufa, parece haver um renascimento da necessidade de gerar energia por processos nucleares. Isso mostra que em pouco tempo haverá um substancial aumento na demanda

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Na imagem, podemosver o urânio em seu estado

natural e suas pastilhas, depoisdo seu enriquecimento.

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Onde está o urânio do mundo?

País Milhares de toneladasmétricas de urânio

Percentagemmundial

Austrália 989 28

Cazaquistão 561 16

Canadá 438 12

África do Sul 299 8

Nigéria 228 6

Namíbia 213 6

Rússia 158 5

Brasil 143 4

Estados Unidos 102 3

Uzbequistão 91 3

Outros países 315 9

Total 3537 100

(dados de 2003)

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COPYRIGHT

National Aeronautics and Space Administration (NASA) (Estados Unidos)European Space Agency (ESA) (Comunidade Européia)European Southern Observatory (ESO) (Comunidade Européia)National Science Foundation (NSF) (Estados Unidos)Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) (Estados Unidos)Jet Propulsion Laboratory (JPL) (Estados Unidos)National Optical Astronomy Observatory (NOAO) (Estados Unidos)Space Telescope Science Institute (STScI) (Estados Unidos) Sloan Digital Sky Survey (SDSS) (Estados Unidos)Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) (NASA – ESA) (Estados Unidos – Comunidade Européia)Hubble Space Telescope (NASA – ESA) (Estados Unidos – Comunidade Européia)United States Geological Survey (USGS) (Estados Unidos)Cerro Tololo Interamerican Observatory (CTIO) (Estados Unidos)Two Micron All-Sky Survey (2MASS) (Estados Unidos)W. M. Keck Observatory (Estados Unidos)

Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) (Alemanha)Mount Palomar Observatory (Estados Unidos)Mount Wilson Observatory (Estados Unidos)Yerkes Observatory (Estados Unidos)Spitzer Telescope (Estados Unidos)National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) (Japão)Very Large Telescope (VLT) (ESO) (Comunidade Européia)Museum of the History of Science - University of Oxford (Inglaterra)Observatório Nacional (Brasil)

Detalhes sobre o copyright de cada uma das imagens apresentadas nesta publicação podem ser obtidos diretamente na DAED por e-mail: dae@on.br

A história da energia nuclear no Brasil foi tirada da revista eletrônica Spectrum: The Institute of Electrical and Electronics Engineers ou IEEE. Essa organização, internacional, procura divulgar o avanço da tecnologia relacionada com a eletricidade. Ela possui mais de 365 000 membros, espalhados em 150 países. Sua sede é em Nova Iorque, Estados Unidos.

Todas as imagens usadas nesta publicação são propriedade de alguma organização e/ou instituição científica. Agradecemos a todas elas, abaixo relacionadas:

Laboratório Nacional de Oak Ridge (Estados Unidos)

INB - Indústrias Nucleares do Brasil (Brasil)

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Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) (Alemanha)Mount Palomar Observatory (Estados Unidos)Mount Wilson Observatory (Estados Unidos)Yerkes Observatory (Estados Unidos)Spitzer Telescope (Estados Unidos)National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) (Japão)Very Large Telescope (VLT) (ESO) (Comunidade Européia)Museum of the History of Science - University of Oxford (Inglaterra)Observatório Nacional (Brasil)

Detalhes sobre o copyright de cada uma das imagens apresentadas nesta publicação podem ser obtidos diretamente na DAED por e-mail: dae@on.br

A história da energia nuclear no Brasil foi tirada da revista eletrônica Spectrum: The Institute of Electrical and Electronics Engineers ou IEEE. Essa organização, internacional, procura divulgar o avanço da tecnologia relacionada com a eletricidade. Ela possui mais de 365 000 membros, espalhados em 150 países. Sua sede é em Nova Iorque, Estados Unidos.

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