TEXTO 1
Devido a uma série de eventos recentes, o mundo vive à sombra de um pesadelo nuclear resultado da invasão russa na Ucrânia, iniciada em 24 de fevereiro de 2022. A usina nuclear de Zaporizhzhia, a maior da Europa, localizada na região de Oblast, na Ucrânia, foi alvo de bombardeios e se encontra, atualmente, ocupada por tropas russas. A situação traz preocupação e a recordação de um acidente ocorrido em 26 de abril de 1986. Nesse dia, na usina nuclear de Chernobyl, localizada próximo à cidade de Pripyat, na Ucrânia, ocorreu a explosão do reator no 4 durante um teste de segurança, o que resultou na liberação de grande quantidade de material radioativo na atmosfera. Estima- -se que 63% desse material radioativo tenham atingido Ucrânia, Bielorrússia e Rússia. Outros países, como a Irlanda, também registraram precipitação de chuva radioativa.
Disponível em: https://www.bbc.com/portuguese/internacional-62821065. [Adaptado]. Acesso em: 6 out. 2022.
Questão 1
Como funciona uma usina nuclear?
Usinas nucleares, como a de Zaporizhzhia, são usadas em diversos países para a produção de energia elétrica. Uma usina nuclear típica é formada por um reator nuclear, no qual cilindros contendo urânio são mergulhados em um tanque com água. Os átomos de urânio são bombardeados com nêutrons, dividem-se e, nesse processo, liberam energia, que é usada para aquecer a água localizada em outro compartimento e convertê-la em vapor. O vapor de água é então pressurizado e direcionado para as turbinas, cujo movimento produz eletricidade com o auxílio de um gerador. O processo está representado na figura ao lado.
Disponível em: http://www.virginiaplaces.org/energy/nuclearpower.html. [Adaptado]. Acesso em: 13 out. 2022.
Os dois isótopos mais abundantes de urânio possuem massas atômicas 235 e 238, com abundâncias naturais de 0,72% e 99,27%, respectivamente. O isótopo 235U é essencial para a operação de usinas nucleares.
Um reator nuclear consome cerca de 27 toneladas (1 t = 1000 kg) de urânio anualmente e produz a mesma quantidade de energia proveniente da queima de 2,5 milhões de toneladas de carvão mineral. Todavia, usinas nucleares produzem resíduos radioativos que demandam condições especiais de estocagem. Um dos subprodutos do processamento de combustível nuclear é o césio-137 (¹³⁷𝐶𝑠₅₆). Esse isótopo, com meia-vida de aproximadamente 30 anos, decai para formar o bário-137 (₅₆𝐵𝑎¹³⁷), que por sua vez decai com a emissão de um fóton.
Com base nessas informações, forneça respostas concisas para as questões que seguem.
a) Qual é a sequência das transformações de energia que ocorrem na usina nuclear?
b) Qual é o tempo necessário para que uma determinada quantidade de césio-137 decaia para 1/16 (6,25%) de sua quantidade inicial? Justifique a sua resposta.
c) Qual é o tipo de decaimento (alfa, beta ou gama) do césio-137 em sua transformação em bário137? Justifique a sua resposta.
d) Classifique a transformação ²³⁵U + n → ¹⁴⁴Ba + ⁹⁰Kr + 2n como fusão ou fissão nuclear. Justifique a sua resposta
e) Explique, considerando partículas subatômicas, o que diferencia transformações nucleares de reações que envolvem ligações químicas.
f) Calcule, considerando a abundância isotópica natural, a massa de ²³⁵U presente em 1,5 t de um minério que contém urânio em uma concentração total de 0,10%, em massa.