Um reator de água pesada opera com um fluxo de nêutrons térmicos moderados pelo deutério. Suponha que a reação de fissão no núcleo do reator libere em média 200 MeV por evento de fissão. Determine a potência térmica gerada por uma massa de combustível de 1000 kg durante um dia de operação.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado nos conta que um reator de água pesada está operando com neutrões térmicos moderados pelo deutério. Cada reação de fissão libera, em média, 200 MeV por evento. Queremos descobrir qual é a potência térmica gerada por uma massa de combustível de 1000 kg durante um dia de operação. Vamos precisar usar conceitos de física nuclear, como energia de fissão, conversão de unidades e cálculo de potência.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa que cada fissão libera 200 MeV. MeV é uma unidade de energia chamada Megaeletronvolts. Precisamos converter essa energia para Joules (J) para facilitar os cálculos, pois Joules são mais comuns em unidades de potência.
A conversão é:
Então,
Então,
Passo 3
Agora, precisamos descobrir quantos eventos de fissão ocorrem com 1000 kg de combustível. Para isso, precisamos saber a massa de um único átomo de combustível. Como o tipo específico de combustível não foi dado, vamos assumir que seja urânio-235 para exemplificar.
A massa molar do urânio-235 é aproximadamente 235 g/mol. Então, 1000 kg são 1.000.000 g.
Número de mols:
$ \frac{1.000.000 , g}{235 , g/mol} \approx 4255,32 , mol$
$ \frac{1.000.000 , g}{235 , g/mol} \approx 4255,32 , mol$
Número de átomos:
Passo 4
Assumindo que cada átomo passa por uma fissão, o número de eventos de fissão é igual ao número de átomos:
fissões.
Passo 5
Agora, vamos calcular a energia total liberada:
Energia total = Energia por fissão × Número de fissões
Passo 6
Como queremos a potência térmica durante um dia, precisamos considerar o tempo. Um dia tem 24 horas, ou 86400 segundos.
Potência (
) é energia dividida pelo tempo:
Resposta
A potência térmica gerada pelo combustível de 1000 kg durante um dia de operação é aproximadamente
Watts.