Física - Fissão Nuclear e Reatores de Fissão

Fissão Nuclear e Reatores de Fissão

Objetivos

1) Ilustrar a fissão nuclear e as reações em cadeia envolvendo núcleos radiativos;

2) Compreender a fissão como uma forma de geração de energia, presente na matriz energética de vários países, com seus eventuais problemas e vantagens.

Sequência da Atividade

Este roteiro permitirá elaborar uma sequência de aula com simulações e animações sobre o tema Fissão, com ênfase no funcionamento de um Reator de Fissão Nuclear.

O ideal é desenvolver esse tópico após uma aula introdutória ao tema, que pode incluir trabalhos das disciplinas de Física e ou Química.

Também sabemos que a Energia Nuclear é uma alternativa importante na matriz de produção energética de muitos países, e no Brasil temos os sistemas das usinas de Angra dos Reis (RJ). Assim, há implicações também na área de segurança operacional e no campo do meio ambiente em geral. Isso também pode ser explorado com textos complementares e seminários com os alunos.

Uma base teórica ao tema e uma base de pesquisa inicial para os alunos pode ser sugerida em Fissão Nuclear.

Também existe um bom aplicativo introdutório ao tema Fissão Nuclear em Objetos Educacionais.

Para uma segunda parte da aula, é possível já explorar o simulador de um reator. Ele está disponível em phET (Escolha "Fissão Nuclear" no menu, vai rodar em Java).

Esse aplicativo, em particular, permite a visualização da fissão de átomos de urânio 235 e reações em cadeia envolvendo este isótopo (inclusive em um reator simulado), sendo que o usuário pode controlar a quantidade inicial de núcleos radiativos.

Mostre aos alunos como operar o simulador e as variáveis envolvidas. Esclareça porque o urânio é usado como um dos combustíveis para uma usina desse tipo. Varie o número de núcleos para observar o efeito na reação em cadeia. Acione a câmara de contenção. Observe.

Ao usar o simulador do Reator, discuta com os alunos as seguintes questões (ou outras que julgar pertinentes), que eles podem vivenciar:

a) qual é a função do moderador e das barras de controle inseridos no núcleo do reator?

b) avalie a liberação de energia total na fissão ²³⁵U do por nêutrons térmicos.

Deixe claro que, numa usina que aproveita fissão, o calor gerado é aproveitado no sistema para gerar vapor para a turbina, daí o nome Usina Termonuclear (ver abaixo).

Proponha questões complementares de pesquisa, que podem incluir o detalhamento técnico de funcionamento dos reatores ou as questões que envolvem meio ambiente e segurança de uma usina.

No Brasil, as usinas de Angra dos Reis (RJ) operam como termonucleares. Angra 1 e 2 juntas podem gerar cerca de 2000 MW. Para mais detalhes, o site oficial do governo está em Eletronuclear.

Para saber mais

UFSC - Estrutura da Matéria

Reator Nuclear de Fissão - Simulador, base teórica e avaliação de estudos

Aplicativo - objeto de aprendizagem feito por alunos para o projeto da USP LabVirt Física (Flash)

Referências

Banco Internacional de Objetos Educacionais. MEC/SEED, Projeto Condigital, 2010.

ALVARENGA ,B.; MÁXIMO A. Curso de Física. São Paulo: Scipione, 2005.

CARVALHO NETO, C. Z.; OMOTE, N.; PUCCI, L. F. S. Física vivencial. São Paulo: Laborciencia, 1998.