Energia Nuclear

Introdução. Apresentação abrangente da área de engenharia nuclear. Descrição sumária do ciclo de combustível, descrição dos tipos de reatores. Fabricação de combustíveis. Mineração. Enriquecimento. História da energia nuclear. História de acidentes. Apresentação do conceito ALARA. Apresentação do tratamento de rejeitos. Explicação sumária do processo de licença. A energia nuclear no brasil (história e instituições). Empresas. Arquitetura de plantas nucleares.
Ciclo do Combustível. Tipos de ciclos. Ciclo do urânio e tório: mineração, conversão, enriquecimento, materiais, fabricação, enriquecimento e design. Desempenho de combustíveis sob radiação. Manejo de combustíveis. Reprocessamento. Apresentação de instalações típicas. Estudo de caso: Projeto Manhattan.

Reator de Potência. Descrição de uma planta nuclear PWR e BWR – Arquitetura. Descrição do núcleo e do sistema de resfriamento. Instrumentação ex e in-core. Descrição do sistema de controle de reatividade. Descrição dos sistemas de segurança. Arquitetura de controle. Apresentação de diferentes tipos de contenções. Sistemas de segurança de contenções. Descrição do sistema fornecimento de energia. Sistema de geração de energia e conversão de vapor.

O conceito de descarbonização como estratégia central para o cumprimento dos compromissos internacionais de mitigação das mudanças climáticas, especialmente no contexto do Acordo de Paris. Contribuição da energia nuclear para a redução das emissões de gases de efeito estufa (GEE) no setor elétrico, considerando sua complementaridade com outras fontes de baixa emissão, como a hidroeletricidade e as energias renováveis. Panorama atual da matriz elétrica mundial e da América Latina, os desafios tecnológicos, econômicos e políticos da transição para uma economia de baixo carbono: perspectivas e limitações da energia nuclear nesse processo. Análise de dados e cenários de organismos internacionais, estudos acadêmicos e relatórios governamentais. O papel estratégico da energia nuclear na segurança energética e na descarbonização de longo prazo

Energia Nuclear: Vantagens e Desvantagens, Desafios e Perspectivas
Energia Nuclear x Energia Hidroelétrica
Energia Nuclear x Energia Eólica
Energia Nuclear x Energia Solar
Energia Nuclear x Biomassa, Biogás e Biocombustíveis
Energia Nuclear x outras Energias Renováveis
Energia Nuclear x outras Energias alternativas

Termodinâmica e Ciclos de Potência:
Curso sumário de termodinâmica aplica ao ciclo de RANKINE para plantas nucleares.
Termo Hidráulica e Neutrônica: Funcionamento de um Reator de Potência:
Disciplina onde os alunos farão Seminário sobre a operação de reatores de potência.

Princípios básicos de funcionamento de reatores nucleares; Classificação das gerações de reatores: Geração I, II, III e III+ (características, tecnologias e histórico de implantação); Fatores de eficiência energética: densidade de potência, fator de capacidade, taxa de queima e ciclo do combustível; Comparativo entre tecnologias: PWR, BWR, CANDU, VVER, EPR, AP1000; Contexto internacional: panorama de reatores operacionais, em construção e planejados (dados IAEA-PRIS); Geração IV: conceitos, objetivos e projetos em desenvolvimento (SFR, LFR, GFR, MSR, VHTR, SCWR); Eficiência energética em reatores avançados: parâmetros e métricas; Small Modular Reactors (SMRs) e microreatores: potencial para diversificação da matriz energética; Integração da energia nuclear com renováveis e produção de hidrogênio limpo; Contexto brasileiro: histórico e perspectivas da CNAAA (Angra 1, 2 e 3) e o papel do Brasil na inovação nuclear; Segurança, regulamentação e aceitação pública; Desafios econômicos, tecnológicos e ambientais na expansão nuclear.

Geopolítica da Energia e dos Recursos Energéticos. Conceitos básicos de geopolítica da energia: Planejamento Energético, Segurança Energética, Soberania Energética, Estratégia Energética e Centro de decisão energético. Energia nuclear e Relações internacionais. Política Nuclear Global. A energia nuclear no planejamento energético. O papel da energia nuclear na geopolítica energética. Estratégia nuclear. Cooperação e conflitos na área de energia nuclear. Tratados, Regímenes e Organizações Internacionais de Energia nuclear. Diplomacia energética. Programas nucleares de países do Sul global. Desenvolvimento de capacidades nucleares dos países emergentes: O caso dos BRICS e BRICS+. A energia nuclear na região da América do Sul e no Brasil: Industria, tecnologia e capacidades estatais. O papel de Brasil e Argentina na indústria nuclear regional. Estratégia de Integração energética e a energia nuclear. Instituições e mecanismos de integração. O papel de América do Sul na geopolítica energética global. A energia nuclear na Transição Energética. Projeção e prospecção de cenários para o setor energético e para as tecnologias nucleares.

Princípios físicos: interação da radiação com a matéria, grandezas de dose, decaimento radioativo. Detectores e proteção radiológica: tipos, limites de exposição, normas. Efeitos biológicos: síndromes radioinduzidas, radiossensibilidade. Segurança nuclear: acidentes (Chernobyl, Fukushima, Goiânia), planos de emergência. Dosimetria das radiações ionizantes. Aspectos legais e éticos das aplicações da tecnologia nuclear. Planejamento de instalações nucleares. Gestão de rejeitos radioativos. Deposição temporária e final de rejeitos radioativos. Projeto dirigido de elaboração de instalação nuclear. Reuso de rejeitos radioativos. Revisão dos modelos de efeitos biológicos da radiação e perspectivas de alterações na legislação nuclear. Aprofundamento de conceitos específicos da radioproteção.

Fundamentos de sistemas elétricos de potência. Introdução aos sistemas elétricos de potência. Estrutura de um sistema elétrico de potência. Características do sistema elétrico brasileiro. 2-Geração de energia elétrica. Introdução à geração da energia elétrica. Centrais Elétricas.3-Transmissão de energia elétrica. Introdução aos sistemas de transmissão de energia elétrica. Parâmetros de linhas de transmissão. Modelagem de linhas de transmissão. 4- Distribuição de energia elétrica. Introdução aos sistemas de distribuição de energia elétrica. Fatores típicos das cargas. Métodos de modelagem e análise

Bloco I. Fundamentos da Regulação e do Direito Regulador. O papel regulador do Estado e os fundamentos do direito regulatório. Conceitos de regulação, regulamentação, poder de polícia, deslegalização e descentralização. Teorias da regulação, como as falhas de mercado, teoria da captura e eficiência econômica. Análise sobre as agências reguladoras brasileiras, à luz da Lei nº 13.848/2019 e o processo decisório regulatório. Instrumentos como a Análise de Impacto Regulatório (AIR), o Decreto nº 10.411/2020. Comparativo entre os modelos regulatórios da ANVISA, ANEEL, ANP e CNEN. Bloco II. Regulação Nuclear e a CNEN. Marco constitucional da energia nuclear (arts. 21, XXIII e 177, V da CF/88). A estrutura normativa e as competências da CNEN. Instrumentos de regulação técnica e de segurança nuclear, como licenciamento, fiscalização, penalidades e sanções. Análise de normas específicas da CNEN (como NN 1.04, 2.01, 2.02, 2.05, entre outras). Interação da CNEN com a IAEA (International Atomic Energy Agency) e suas diretrizes. Casos emblemáticos e jurisprudências relevantes.

Normas e estrutura e papel da IAEA e OECD/NEA, tratados e convenções: tratado de não proliferação nuclear, convenção de segurança nuclear, convenção conjunta sobre a segurança da gestão do combustível usado e resíduos radioativos, convenção sobre pronta notificação e assistência em caso de acidente nuclear; Sistema de salvaguardas da IAEA; Padrões de segurança e guias da IAEA (Safety Standards Series e Nuclear Energy Series); Transporte internacional de materiais radioativos (IAEA SSR-6); Legislação, normas e estrutura institucional da CNEN, IBAMA, ANEEL e Ministério de Minas e Energia; Lei nº 4.118/1962, Decreto nº 45.871/1959, Lei nº 10.308/2001 e normas correlatas; Normas CNEN (NE 1.04, NN 2.01, NN 3.01, NN 6.02 e entre outras) para o licenciamento, operação, proteção radiológica, segurança física, gestão de rejeitos; Transporte e armazenagem de combustíveis nucleares no Brasil; Procedimentos de licenciamento ambiental e nuclear integrados.

Bloco I. O Caso Angra 3 e o Ciclo do Licenciamento Nuclear. Estudo do processo histórico, político e regulatório da usina nuclear Angra 3, com foco na trajetória de licenciamento perante a CNEN, IBAMA e demais órgãos. Análise das normas aplicáveis, entraves institucionais, pressões políticas e desafios técnico-jurídicos enfrentados. Discussão sobre o papel da CNEN, a aplicação do licenciamento trifásico, as exigências da IAEA e a responsabilidade da Eletronuclear. Bloco II. O Caso Césio-137 e a Responsabilização em Acidentes Nucleares. Exame jurídico e regulatório do acidente radiológico de Goiânia (1987), com ênfase nos mecanismos de responsabilização civil, penal e administrativa. Estudo da atuação da CNEN, do Governo Federal e da jurisprudência derivada do caso. Discussão sobre a aplicação da Convenção de Viena, o regime de responsabilidade objetiva, as indenizações e o impacto normativo sobre regulações posteriores.

Panorama das aplicações da radiação ionizante. História do uso da radiação ionizante. Aplicações da radiação ionizante na medicina: radioterapia, braquiterapia, PET, SPECT, radioimunoensaio. Na indústria: radiografia, esterilização, medidores de nível e espessura, modificação de polímeros. Na agricultura: irradiação de alimentos, técnica do inseto estéril, traçadores radioativos. Produção de energia: reatores nucleares, dessalinização, propulsão naval. Fontes de radiação: natural, antropogênica, tecnologicamente aumentada. Introdução aos princípios de radioproteção: interação da radiação com a matéria, grandezas de dose, decaimento radioativo. Detectores e proteção radiológica: tipos, limites de exposição, normas. Efeitos biológicos: síndromes radioinduzidas, radiossensibilidade. Segurança nuclear: prevenção de acidentes, árvores de falha, estatística bayseana, planos de emergência. Pesquisa e mercado: produção de radioisótopos, reator multipropósito brasileiro, oportunidades profissionais.

Estrutura atômica da matéria. Estrutura do núcleo dos átomos. Princípios de física. Grandezas e unidades da física nuclear. Física das radiações. Termodinâmica hidráulica de reatores. Cálculo para física nuclear. Seção de choque e cálculos neutrônicos. Decaimento radioativo. Determinação de características atômicas. Cadeias de decaimento. Camadas. Transporte de energia das radiações. Reações nucleares. Reações termonucleares em estrelas. Fissão e fusão nuclear. Método de point-kernel. Interações da radiação com a matéria. Física de reatores nucleares. Simulações em física atômica e nuclear. Problemas e fronteiras da física nuclear.

Projetos de Energia Nuclear ; Processos de Gestão de Projetos : Iniciação,Planejamento, Execução, Monitoramento e Controle e Encerramento. Áreas de Conhecimento em Gestão de Projetos: Gerenciamento da Integração; Gerenciamento do Escopo; Gerenciamento do Prazo; Gerenciamento dos Custos; Gerenciamento da Qualidade; Gerenciamento de Recursos Humanos; Gerenciamento das Comunicações; Gerenciamento de Riscos; Gerenciamento de Aquisições; Gerenciamento dos Stakeholders ( Partes Interessadas).Tópicos Especiais em Gestão de Projetos.

Fundamentos e etapas do ciclo: importância do ciclo do combustível nuclear na geração de energia, prospecção, extração e beneficiamento de urânio, conversão e enriquecimento do urânio (UF₆, UO₂), fabricação de elementos combustíveis, e cadeia de suprimento e logística nuclear; Utilização e fechamento do ciclo: uso do combustível em reatores de potência, queima e transmutação (conceitos de burnup e eficiência), reprocessamento e reciclagem de combustível (ciclos aberto e fechado), tecnologias emergentes e combustíveis avançados (MOX, TRISO, tório), análise comparativa internacional das estratégias de ciclo; Gestão de resíduos radioativos: classificação de resíduos radioativos (nível baixo, intermediário e alto), técnicas de tratamento, acondicionamento e armazenamento, disposição final (depósitos superficiais e geológicos profundos), aspectos de segurança, proteção radiológica e impacto ambiental, políticas nacionais e internacionais de gestão de resíduos (IAEA, CNEN, EURATOM).

Estudos de Casos: 1. Explosion at SL-1 prototype at the National Reactor Testing Station; 2. Loss of coolant and partial core meltdown due to operator errors and technical flaws in Three Mile Island;3. A flawed reactor design and inadequate safety procedures led to a power surge that damaged the fuel rods of reactor no. 4 of the Chernobyl power plant; 4. Tokaimura nuclear accident; Fukushima – tsunami flooded and damaged the plant’s 3 active reactors, drowning two workers. Loss of backup electrical power led to overheating, meltdowns, and evacuations. Análise:1. Aplicação das regras determinísticas para análise de acidentes; 2. NUREG-0800, ch-15; 3. Análise e descrição da evolução do comportamento de sistemas em operação normal e acidentes durante acidente de base de projeto; 4. Aplicação das regras de falha simples; 5. Emprego de códigos de análise de acidentes ANS 18.14; 6. Estudo das relações de probabilidade/consequências na classificação de eventos; 7. Apresentação do código RELAP.

Os usos militares da Energia Atômica. Armas Nucleares. Não-proliferação Nuclear. Desarmamento Nuclear. Dissuasão nuclear. Tratados internacionais. Armas Nucleares e a Competição Entre as Grandes Potências. Estratégia Nuclear das Grandes Potências. Panorama das Armas Nucleares no Início do Século XXI. Segurança internacional e armas nucleares.

Metodologia de Análise de conjuntura. Teoria e método na análise de conjuntura. Visão de Longo Prazo. Ciclos longos e Cenários. Cenários Prospectivos. Metodologia de prospecção de cenários.

Bibliografia: Introdução à pesquisa, Métodos quantitativos e qualitativos de pesquisa. Métodos de estudo: fichamento, resenha, organização do trabalho científico, Trabalhos científicos: roteiro de pesquisa / Projeto de pesquisa / TCC.