Um reator experimental fornece potência térmica P = 3,00×10^8 W. Cada fissão de U-235 libera E_f = 200 MeV =…

Questão

Um reator experimental fornece potência térmica P = 3,00×10^8 W. Cada fissão de U-235 libera E_f = 200 MeV = 3,20×10^-11 J. a) Calcule o número de físsões por segundo necessário para manter P e a massa de U-235 consumida em 1 dia, usando E = m·c^2 com c = 3,00×10^8 m/s. b) Uma fonte de Co-60 para esterilização tem atividade A = 5,00×10^11 Bq; cada desintegração emite em média 2 fótons gama com energia total de 2,50 MeV. Calcule a potência radiada em J/s. c) Com base nos resultados quantitativos, avalie benefícios energéticos e riscos à saúde e ao ambiente e proponha duas medidas práticas de mitigação.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

a) Número de físsões por segundo N = P / E_f. E_f = 3,20×10^-11 J, P = 3,00×10^8 W ? N = 3,00×10^8 / 3,20×10^-11 = 9,375×10^18 físsões/s. Massa equivalente por fissão m_f = E_f / c^2 = 3,20×10^-11 J / (3,00×10^8 m/s)^2 = 3,56×10^-28 kg/fissão. Massa consumida por segundo = N·m_f = 9,375×10^18·3,56×10^-28 = 3,34×10^-9 kg/s. Massa em 1 dia (86400 s) = 3,34×10^-9·86400 = 2,88×10^-4 kg ˜ 2,9×10^-4 kg (˜0,29 g). b) Energia por desintegração E_d = 2,50 MeV = 2,50×10^6 eV·1,60×10^-19 J/eV = 4,00×10^-13 J. Potência radiada P_rad = A·E_d = 5,00×10^11 s^-1·4,00×10^-13 J = 2,00×10^-1 J/s = 0,20 W. c) Avaliação quantitativa e qualitativa: os cálculos mostram alta densidade energética do combustível nuclear (˜0,29 g U-235/dia para gerar 3,00×10^8 W), o que é um benefício para geração contínua de grande potência com pequena massa de combustível e baixa emissão direta de CO2. Em contraste, fontes de Co-60 liberam potência radiativa modesta (0,20 W) mas em forma de raios gama altamente penetrantes capazes de causar doses perigosas localmente. Riscos: radiação ionizante que pode danificar tecido biológico, geração de resíduos radioativos de longa meia-vida e risco acidental de liberação. Medidas de mitigação práticas: 1) blindagem apropriada (concreto/chumbo) e controle de distância/tempo de exposição seguindo a regra ALARA (reduzir tempo, aumentar distância, usar blindagem); 2) sistemas de contenção e gerenciamento de resíduos (armazenamento em piscinas/depósitos secos, monitoramento, planos de emergência) e procedimentos de operação remota e manutenção preditiva para reduzir risco humano. Essas medidas reduzem doses e impactos ambientais ao manter benefícios energéticos e aplicações médicas/industriais.

Explicação

Os cálculos realizados demonstram a relação direta entre a potência térmica gerada e a quantidade de físsões, evidenciando a eficiência do U-235 como combustível nuclear. A análise dos riscos associados à radiação e à gestão de resíduos é fundamental para garantir a segurança e a minimização de impactos ambientais. As medidas de mitigação propostas são essenciais para proteger a saúde humana e o meio ambiente enquanto se aproveitam os benefícios energéticos das tecnologias nucleares.

Raio-X da questão

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