José Estêvão de Melo
Engenheiro Informático
A energia nuclear resulta da libertação do excedente de energia de ligação que é necessário para manter o núcleo unido quando os átomos são separados (fissão nuclear) ou fundidos (fusão nuclear). Esse processo transforma uma pequena quantidade de massa em uma enorme quantidade de energia, que corresponde ao excedente de energia de ligação libertado, uma vez que os produtos da reação são mais estáveis.
A produção de energia elétrica em larga escala, a partir de várias fontes (como hídrica, eólica, térmica, nuclear, etc.), baseia-se no princípio da indução eletromagnética. Este processo ocorre quando um campo magnético variável é aplicado a um condutor elétrico (como um fio de cobre), ou quando um condutor se move dentro de um campo magnético. A fonte de energia faz girar uma turbina que por sua vez gira um rotor magnético dentro de bobines condutoras, e esta rotação induz um fluxo de eletrões a que chamamos corrente elétrica.
As centrais nucleares existentes geram energia a partir de fissão, separando combustível nuclear e libertando enormes quantidades de energia neste processo. O material combustível utilizado é Urânio-235 (U-235), que tem uma relação entre protões e neutrões que o torna muito suscetível de absorver um neutrão lento, e assim que isto acontece o núcleo adquire mais energia e divide-se quase instantaneamente libertando em média 2,5 neutrões, o que provoca fissão de mais núcleos, e assim sucessivamente, fazendo uma reação em cadeia extremamente perigosa se não for rigorosamente controlada. O U-235 é obtido a partir do enriquecimento de urânio natural aumentando a concentração de U-235 de 0,7% para 3% a 5% para poder sustentar um reator nuclear.
A produção de energia elétrica resulta do aquecimento de água em volta do reator, que por sua vez quando entra na forma gasosa gira uma turbina, e a partir daqui é igual a vários outros processos, por exemplo a energia geotérmica que utiliza o calor de um vulcão para aquecer água.
Os perigos da energia nuclear estão fundamentalmente relacionados com o controlo da reação em cadeia e a gestão dos resíduos radioativos de longa duração. Se a reação em cadeia não for controlada o reator sobreaquecerá e derrete libertando material radioativo para o ambiente. A exposição a material radioativo é letal, porque a radioatividade não é mais do que a libertação de partículas subatómicas que destroem as nossas células. Uma pessoa exposta a suficiente radiação nuclear, a olho nu aparenta estar bem, mas a nível celular está completamente despedaçada.
Todos nós já ouvimos falar de Chernobyl e Fukushima, e apesar do número de mortes ser difícil de estimar, havendo números na ordem dos milhares ou dezenas de milhares a longo prazo, as zonas do acidente não são habitáveis nem serão nas próximas décadas e no caso de Chernobyl provavelmente durante milénios. Mas estas centrais nucleares foram construídas nas décadas de 70, e basta olharmos para a sociedade nesta altura e ver os avanços tecnológicos que fizemos, podemos olhar para um carro de 1970 e comparar com um deste ano para vermos o quanto já se evolui.
No caso das centrais nucleares atuais, o que aconteceu em Chernobyl e Fukushima é extremamente improvável, no caso de Chernobyl era mesmo erro de desenho do reator aliado a falha humana, e em Fukushima foi um desastre natural, mas até isto já foi previsto nas novas centrais de terceira geração, em que existem sistemas de controlo de reação em cadeia baseados em gravidade, por exemplo um material capaz de parar a reação é suspenso por um campo eletromagnética que em caso de desastre natural e perda de eletricidade faz com que este material caia no reator terminando a reação.
Até a gestão dos resíduos nucleares não é um problema, no caso de França que produz 70% da sua energia a partir de fontes nucleares, o seu combustível usado é reciclado, o que permite reutilizar cerca de 96% e reduz o volume de resíduos. O restante material de alta radioatividade, que corresponde a cerca de 200 m³ por ano, é então solidificado para armazenamento de longa duração, o equivalente a um cubo com 6 m de lado. Tornando a energia nuclear fiável, segura e muito pouco poluente.
José Estêvão de Melo
Engenheiro Informático
Há uns meses numa conversa amigável perguntaram-me se eu acreditava numa certa força mística, ao que rapidamente respondi que apenas acreditava em quatro forças, a gravítica, a eletromagnética, a nuclear forte e a nuclear fraca. A resposta que tive foi tão boa que ainda não me esqueci nem da resposta nem da conversa. Neste artigo quero falar-vos destas quatro forças, para num artigo seguinte falar de energia nuclear, porque apesar do que possa transparecer, não considero que as fontes renováveis atualmente sejam a solução, mas sim a energia nuclear, pelo simples facto que a nuclear é alternativa à renovável e o inverso não é verdade.
A força gravítica, é a que nos faz querer comer menos e fazer desporto para perder peso, pois está diretamente relacionada com a nossa massa, e mede a força com que dois corpos se atraem, sejam eles nós e o chão que pisamos ou o planeta em que vivemos e o Sol que orbita. A força gravítica existe entre quaisquer dois corpos com massa, e de todas a forças que mencionei, é a mais fraca de todas, tão fraca que eu consigo levar à boca uma garfada de tarte de feijão apesar de ter o planeta Terra inteiro a puxá-la para baixo, mas apesar de ser a mais fraca de todas as forças, é a mais importante em todo o Cosmos, pois é responsável pela criação de planetas, estrelas, galáxias, e tudo o resto que vemos ao olhar para o céu à noite.
Outra força, a eletromagnética, resulta da unificação matemática entre a força magnética e elétrica pois podem ser descritas pela mesma fórmula matemática, mas utilizando valores de contantes diferentes, e por isso o termo eletromagnético. A sua capacidade direta é muito mais forte que a gravítica, a diferença é tão grande que nem consigo dizer o número, mas é milhões de milhões de milhões de vezes superior. Uma aplicação desta disparidade entre elas é a eletricidade fluir de baixo para cima sem qualquer interferência mensurável da gravidade de tal forma que nenhum engenheiro, a planear uma rede de distribuição elétrica considera a gravidade como um fator de resistência ao fluxo de eletrões, o mesmo já não acontece quando se planeia uma rede de distribuição de água. Podemos ver as forças eletromagnéticas em ação com a corrente elétrica ou com um íman de uma viagem passada na porta do frigorifico. Na força eletromagnética os opostos atraem-se e os iguais repelem-se, isto significa que carga negativa é atraída e atrai carga positiva, assim como os polos opostos (Norte/Sul) de um íman se atraem, enquanto os iguais repelem-se mutuamente.
Para além da Força Gravítica e Eletromagnética, existem ainda as Força Nuclear Fraca e Forte, que por apenas atuarem ao nível atómico e subatómico com distâncias muito reduzidas, ao contrário da eletromagnética e gravítica que atuam a distâncias maiores e no caso da gravidade enormes, tem uma difícil visualização das suas reais capacidades. Os átomos são compostos por um núcleo e uma nuvem de eletrões à sua volta, sendo o núcleo composto por protões e neutrões. A Força Nuclear Forte é responsável por manter o núcleo de um átomo coeso, sobrepondo-se à Força Eletromagnética que tenta repelir os protões uns dos outros. A Força Nuclear Fraca, é menor, mas essencial, pois permite a transformação de partículas subatómicas, por exemplo um protão num neutrão ou vice-versa, processo que ocorre em certos tipos de decaimento radioativo e que também é fundamental no ciclo de fusão que acontece nas estrelas, como o nosso Sol.
O poder da energia nuclear é avassalador, e apenas a sua menção é o suficiente para incutir preocupação no mais despreocupado de todos nós. A grande energia libertada numa bomba nuclear resulta do separar ou juntar núcleos, em elementos que requerem menos Força Nuclear Forte para se manter coesos, e assim existe energia que já não sendo necessária é libertada.
Esta libertação de energia pode ser usada para iluminar ou destruir cidades. As bombas atómicas Little Boy e Fat Man foram o suficiente para acabar com a Segunda Guerra Mundial de um dia para o outro, pondo fim a um acumular de dezenas de milhões de mortes durante anos, tal foi a destruição causada no Japão. Mas também permitem manter as luzes acesas de países como a França. Em 2023, 65% da sua produção elétrica foi a partir de fontes nucleares, tendo conseguido ainda exportar 50 TWh de energia, o que equivale ao consumo total de Portugal no mesmo período, e tudo isto com uma libertação de CO2 muito baixa, praticamente equivalente a fontes de hídricas.
A produção de energia elétrica a partir de fontes nucleares não é isenta de riscos nem de resíduos radioativos, mas permite gerar energia com uma pegada ecológica extremamente reduzida, tema que irei explorar num próximo artigo, pois este já vai longo, mas espero ter conseguido uma introdução às Quatro Forças Fundamentais da Natureza e como podem ser usadas.