Combustível
Pense em todos os diferentes tipos de combustível que existem. Para os nossos veículos existem gasolina e gasóleo. Combustível para nossos corpos é alimento, e combustível para reatores nucleares que geram eletricidade são certos isótopos radioativos. Os átomos de elementos que possuem diferentes números de nêutrons são chamados de isótopos . Um nuclídeo é um isótopo específico de um elemento. Vamos examinar alguns isótopos radioativos que são usados como combustível em reatores.
Combustível nuclear
A gasolina para carros não é apenas bombeada do solo e armazenada em tanques para as pessoas colocarem em seus veículos. É refinado a partir do petróleo bruto bombeado do solo. O mesmo vale para o combustível nuclear, que são pelotas de minério radioativo altamente processado, como o urânio. O combustível nuclear é o material que pode ser usado em um reator nuclear para gerar eletricidade. Vejamos primeiro o urânio-235, que é um dos combustíveis usados em reatores nucleares.
U-235
O '' 235 '' após o traço no U-235 é a massa atômica deste isótopo de urânio. Como o número atômico do urânio é 92 (o que significa que tem 92 prótons e elétrons), a massa restante consiste nos nêutrons. No U-235, existem 143 nêutrons. Isso lhe dá uma razão de nêutron para próton de cerca de 1,55 para 1. Um nuclídeo é radioativo se sua proporção de nêutrons para prótons não está entre 1 nêutron para 1 próton e 1,5 nêutrons para 1 próton. Isso significa que o U-235 é radioativo e decai. U-235 é o produto final que começou com a mineração de U-238.
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Decaimento nuclear do U-235
Como o U-235 é instável, ele emite partículas subatômicas de seu núcleo em um esforço para torná-lo estável. Isso é conhecido como decaimento radioativo . O U-235 emite uma partícula alfa , que é idêntica a um núcleo de hélio. Consiste em dois prótons e dois nêutrons. Quando o U-235 emite uma partícula alfa, ele se transmuta em Tório-231. A transmutação é o processo de um elemento se transformar em outro elemento. A reação nuclear é mostrada na Reação 1.
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O tempo necessário para metade de uma amostra de U-235 se transformar em Th-231 é de pouco mais de 700 milhões de anos! Este valor é conhecido como meia-vida do U-235. Agora que cobrimos as características básicas do U-235, vamos ver como ele é usado como combustível nuclear.
Combustível U-235
Depois que o U-238 é extraído e processado para fazer o U-235, ele é formado em pelotas. Essas pelotas são empilhadas em células de combustível e colocadas no núcleo de um reator nuclear. Quando esses átomos de urânio absorvem um nêutron, eles se dividem, liberando enormes quantidades de energia junto com mais nêutrons. Esses nêutrons são absorvidos por outros átomos de urânio, fazendo com que eles se dividam, liberando energia. Essa energia é usada para transformar água líquida em vapor de alta energia, que gira as turbinas que geram eletricidade. O combustível é geralmente '' usado '' após 1,5 a 3 anos e deve ser armazenado ou reprocessado. Vamos agora voltar nossa atenção para outro combustível nuclear, que é criado com a ajuda do U-235, mas também decai para produzir o U-235!
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Pu-239
Pu-239 é plutônio-239, que tem 94 prótons e 145 nêutrons. Sua proporção de nêutrons para prótons é de 1,54, tornando-o radioativo. Pu-239 tem meia-vida de mais de 24.000 anos, é um emissor de partículas alfa e decai em U-235.
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Pu-239 não é encontrado na natureza, mas é gerado em reatores nucleares. Infelizmente, sua meia-vida é muito longa para ser uma fonte viável de U-235. Vamos ver como o Pu-235 é produzido.
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Quando o U-235 está liberando energia no núcleo de um reator, ele também está liberando nêutrons, como discutimos anteriormente. O isótopo de urânio que é abundante na crosta terrestre, U-238, também está no núcleo do reator absorvendo esses nêutrons. Quando um átomo de U-238 absorve um nêutron, ele se torna U-239 e decai, emitindo o equivalente a um elétron, que é chamado de partícula beta. O novo isótopo criado é o neptúnio-239. O átomo Np-239 emite uma partícula beta para se tornar Pu-239. Pu-239 é uma partícula alfa emitida e é fissionável, o que significa que pode ser usado como combustível nuclear.
Resumo da lição
Os isótopos são versões diferentes do mesmo elemento, mas diferem no número de nêutrons. Os nuclídeos são isótopos específicos de um elemento. U-235 é um nuclídeo de urânio e Pu-239 é um nuclídeo de plutônio. Ambos os nuclídeos são usados como combustível nuclear em reatores nucleares.
Quando um nuclídeo tem uma proporção de nêutrons para prótons fora de 1 n: 1 p a 1,5 n: 1 p, ele é radioativo. Isso significa que sofre decadência radioativa , que é a liberação de partículas subatômicas de seu núcleo. O U-235 libera uma partícula alfa, que é uma partícula composta por dois nêutrons e dois prótons. Pu-239 também é um emissor de partículas alfa e gera U-235. A conversão nuclear de um nuclídeo em outro é chamada de transmutação .
O U-235 é refinado a partir do U-238 e quando o U-235 absorve um nêutron no núcleo de um reator nuclear, ele se divide, liberando nêutrons e muita energia. Essa energia é usada para transformar água em vapor de alta energia, que é usado para gerar eletricidade.
Pu-239 é gerado no núcleo de um reator nuclear quando o U-239, que também está presente no núcleo, absorve um nêutron. O U-239 decai para formar Np-239, que se decompõe para formar Pu-239.