O uso manipulado das reações nucleares caracteriza o que podemos chamar de energia nuclear.  A matéria-prima para a produção da energia nuclear é o minério de urânio, um metal pouco menos duro que o aço, encontrado em estado natural nas rochas da crosta terrestre. Desse minério que é extraído o átomo de urânio utilizado na geração nuclear. Seu uso é bastante conhecido no âmbito da geração de energia elétrica, e nesse ponto existem desconfianças quanto às soluções definitivas para os rejeitos produzidos. Outra aplicação da energia nuclear é para fins bélicos, fator esse que também contribui para aumentar o preconceito quanto ao uso desse tipo de energia, pois o país que domina a tecnologia de processamento e transformação do minério pode utilizá-la tanto para a produção de energia elétrica quanto para fins bélicos. Contudo assim como qualquer tipo de conhecimento, a ciência que está sujeita ao possível mau uso.

Contudo é necessário reconhecer os benefícios que a energia nuclear pode proporcionar a partir de suas aplicações na medicina, na indústria e na agricultura.

Os radioisótopos ou isótopos radioativos têm vários usos por sua propriedade de emitir radiações. Os radioisótopos têm sido freqüentemente associados a substâncias químicas na formação de compostos chamados de radiofármacos, que se associam a determinado tecido ou órgão humano objetivando o diagnóstico de doenças. A propriedade de penetração das radiações possibilita identificar a presença de um radioisótopo em determinado local. Na saúde são muito utilizados no que diz respeito à esterilização de equipamentos e materiais hospitalares, à medicina nuclear diagnóstica e medicina nuclear terapêutica.

No diagnóstico, o recurso de imagens de alta definição de órgãos é proporcionado pelos radiofármacos. Injetados no paciente, concentram-se no local a ser examinado e passam a emitir radiação, que é detectada no exterior do corpo por um detector apropriado e pode transformar essa informação em imagens, permitindo aos médicos a observação do funcionamento de órgãos. Com uma meia-vida relativamente curta a possibilidade de danos é mínima. Na terapia o uso das radiações resume-se à destruição dos tecidos indesejáveis do corpo e que não funcionam corretamente, de tumores cancerígenos ou da glândula tireóide hiperativa. A destruição dos tecidos é feita por habilidades ionizantes das radiações nucleares, da seguinte forma: primeiramente as radiações incidentes ionizam átomos de moléculas do material irradiado, posteriormente as moléculas ionizadas participam de uma reação química, que dá lugar a radicais livres ou outras moléculas excitadas, por fim esses radicais livres podem ser incorporados dentro de uma estrutura biológica complexa (no nível molecular) e alterar suas funções, podendo levar horas e até anos para que os efeitos dessa mudança biológica se tornem aparentes.

No Brasil, as técnicas nucleares têm sido muito usadas na indústria melhorando a qualidade de processos em diversos setores. As principais aplicações são na medição e controle de padrão de espessura (como em folhas de papel), vazão de líquidos, e controle de qualidade de junções em peças metálicas. Algumas fontes utilizadas são o cobalto-60, irídio-192, césio-137 e amerício-241 convenientes no uso em medidores de nível, espessura e umidade. Na indústria de papel os medidores servem para garantir o controle de qualidade com as folhas na mesma espessura (padrão de gramatura), já na indústria de bebidas, a radiação é usada para controle de enchimento de vasilhames.

Outro uso que pode permitir economia de tempo e de dinheiro é através dos traçadores radioativos, em que uma substância com material radioativo é injetada em um meio, e então é feito um acompanhamento de seu comportamento nos processos que desejamos observar, podendo ser detectados problemas de vazamentos ou mau funcionamento. Outra técnica utilizada é a gamagrafia que consiste na impressão de radiação gama em filme fotográfico. No controle de qualidade pode verificar se existem defeitos ou rachaduras em peças, na indústria de aviação usam essa técnica para inspecionar se há fadiga nas peças metálicas.

Na exploração do petróleo também existe uso da radiação, na medida em que fontes de nêutrons são empregadas para determinar o perfil do solo, além de se poder determinar a quantidade de água, gás e óleo existente no material a ser extraído, dessa forma facilitam e barateiam o processo de exploração. O material mais utilizado como fonte de radiação é o cobalto-60, na a esterilização térmica ele leva muita vantagem, pois materiais como plásticos não suportariam altas temperaturas. Já em alimentos para o consumo humano a radiação gama pode eliminar microorganismos que causam doenças, como a salmonella typhimurium, e leva vantagem em relação à desinfecção com calor, já que não acelera o processo de amadurecimento, mas eleva a vida útil do alimento.

Na agricultura, o metabolismo das plantas pode ser acompanhado pelos traçadores radioativos, verifica-se assim o que é absorvido por raízes e folhas, determinando o que elas precisam para crescer, também se pode determinar onde um determinado elemento químico fica retido. Os traçadores radioativos também possibilitam o estudo do comportamento de insetos, como por exemplo, formigas e abelhas, que ao ingerirem radioisótopos ficam marcadas emitindo radiação e seu raio de ação pode ser acompanhado. Nesse caso é de grande utilidade na eliminação de pragas, em vez de agrotóxicos nocivos, a identificação de qual predador se alimenta do inseto indesejado é uma alternativa. Outra forma de aplicação na agroindústria para eliminação de pragas é o uso da técnica de ‘macho estéril’ em que são produzidos machos esterilizados da praga a ser combatida através de radiação, e depois são soltos na região infestada, assim eles diminuem a população ao afetar sua capacidade de reprodução.

Todavia, uma das mais importantes utilizações da energia nuclear é a sua conversão em energia elétrica. As Usinas nucleares são usinas térmicas que usam a fissão nuclear, ou seja, “quebra” de núcleos atômicos, como fonte de calor para movimentar vapor de água, que, por sua vez, movimenta as turbinas que acionam os geradores produzindo a eletricidade. Em um reator de potência do tipo PWR (termo, em inglês, para reator a água pressurizada), como os reatores utilizados no Brasil, o combustível é o urânio enriquecido cerca de 3,5%.

No Brasil, a expansão do parque nuclear faz parte do Plano Decenal de Expansão de Energia Elétrica (2006/2015). Com relação a esse tipo de energia o país apresenta duas vantagens competitivas no segmento: as boas reservas do mineral e o domínio da tecnologia de enriquecimento do urânio. Nosso país já possui duas usinas em funcionamento pleno, Angra I e II localizadas no estado do Rio de janeiro e Angra III com previsão para início do funcionamento em 2014. Hoje, no mundo estão em operação 440 reatores nucleares voltados para geração de energia, distribuídos em 31 países. Outros 33 estão em construção. Cerca de 17% da geração elétrica mundial é de origem nuclear, a mesma proporção do uso de energia hidroelétrica e de energia produzida por gás.

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