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Reatores Nucleares

Reatores Nucleares

O grande objetivo das centrais nucleares (fig.3) é controlar reações nucleares de maneira a que a energia seja libertada gradualmente sob a forma de calor.

Assim como as centrais que funcionam com combustíveis fosseis, o calor gerado é usado para ferver água de modo a produzir vapor, que por sua vez faz funcionar turbogeradores convencionais.

Consegue-se assim obter energia eléctrica

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Fig. 3 – Central nuclear em Buchanan, New York

Funcionamento de um reator nuclear

Combustível (fig.5): Num reator nuclear estão combinados o combustível e o emprego de um material moderador. Normalmente utiliza-se urânio como combustível com um conteúdo de cerca de 3 % de U235, quase sempre na forma de dióxido de urânio (U02), que é prensado em forma de grandes pastilhas e que se introduzem em tubos com vários metros de comprimento, fabricados com uma liga especial de zircónio.

Tubos (fig.4): os tubos têm a função de evitar que os productos resultantes da combustão do urânio, em parte gasosos e altamente radioativos, contaminem o interior do reator. Estes perigosos resíduos não devem chegar ao líquido refrigerante do reator, pois em caso de escape para o exterior, iria haver uma contaminação do ambiente.

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Fig. 4 – Reator nuclear

Material moderador: durante a reação com urânio 235 libertam-se gigantescas quantidades de neutrões. Este enorme fluxo chega ao moderador que rodeia os módulos de combustível ou até que está misturado em parte com esse, diminuindo-o, e por conseguinte controlando a reação.

Os melhores moderadores são a água vulgar (H2O), a água pesada, carbono de extrema pureza em forma de grafite e o berílio.

Os moderadores líquidos têm uma função importantíssima, na medida em que atuam como meio refrigerante. Este não só absorve a energia térmica emitida pelo abrandamento dos neutrões, mas também arrefece os módulos de combustível aquecidos pela reação. Ao falhar a refrigeração (como aconteceu em Chernobyl), pode ocorrer a fundição do núcleo do reator, destruindo as diversas protecções, podendo o seu conteúdo ser libertado para o exterior. Isto traria consequências desastrosas para o meio ambiente.

Barras de controlo (fig.5): no núcleo do reator introduzem-se as chamadas barras de controlo, compostas de um material que absorve parte dos neutrões libertados durante a reação. Retirando e introduzindo as barras, regulam-se as flutuações no desenvolvimento da reação em cadeia e pode-se conseguir que os módulos de combustível sejam utilizados uniformemente. A função mais importante das barras de controlo é a de fazer cessar as reações nucleares subitamente em caso de perigo.

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Fig. 5 – No núcleo do reator nuclear estão presentes o combustível nuclear e as barras moderadoras

Tecnologia dos reatores nucleares (fig.6)

Como já foi referido atrás, os reatores nucleares servem principalmente para gerar grandes quantidades de energia térmica, e por isso são utilizados para a produção de energia eléctrica.

Contudo, a energia térmica não consegue ser totalmente transformada em energia eléctrica. As centrais mais modernas atingem um rendimento de apenas 35 %.

A restante energia compõe-se de calor residual que não é aproveitado para gerar vapor propulsor, e que é condensado nas altas torres de refrigeração.

Atualmente tenta-se, em casos isolados, aproveitar este calor residual.

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Fig. 6 – Esquema de funcionamento

Tipos de reatores de fissão

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1 - control rods
2 -
reator cover
3 -
reator chassis
4 -
inlet and outlet nozzles
5 -
reator vessel
6 -
ative reator zone
7 -
fuel rods

Atualmente existem vários tipos de reatores nucleares de fissão:

LWR - Light Water Reators

Utilizam como refrigerante e moderador a água e como combustível o urânio enriquecido. Os mais utilizados são os BWR (Boiling Water Reator ou Reator de água em ebulição ) e os PWR (Pressure Water Reator ou Reatores de água a pressão), estes últimos considerados atualmente como padrão. Em 2001 existiam 345 em funcionamento.

CANDU - Canada Deuterium Uranium

Utilizam como moderador água pesada (cuja molécula é composta por dois átomos de deutério e um átomo de oxigênio) e como refrigerante água comum. Como combustível usam urânio comum. Existiam 34 em operação em 2001.

FBR - Fast Breeder Reators

Utilizam nêutrons rápidos no lugar de térmicos para o processo da fissão. Como combustível utilizam plutônio e como refrigerante sódio líquido. Este reator não necessita de moderador. Apenas 4 em operação em 2001.

HTGR - High Temperature Gás-cooled Reator

Usa uma mistura de tório e urânio como combustível. Como refrigerante utiliza o hélio e como moderador grafite. Existiam 34 em funcionamento em 2001.

RBMK - Reator Bolshoy Moshchnosty Kanalny

Sua principal função é a produção de plutônio, e como subproduto gera eletricidade. Utiliza grafite como moderador , água como refrigerante e urânio enriquecido como combustível. Pode recarregar-se durante o funcionamento. Apresenta um coeficiente de reatividade positivo. Existiam 14 em funcionamento em 2001.

ADS - Accelerator Driven System

Utiliza uma massa subcrítica de tório. A fissão é produzida pela introdução de nêutrons no reator de partículas através de um acelerador de partículas. Ainda se encontra em fase de experimentação, e uma de suas funções fundamentais será a eliminação de resíduos nucleares produzidos em outros reatores de fissão.

Principais tipos de reatores

Reatores de água normal: este tipo de reatores, de uso mais frequente, funcionam com urânio ligeiramente enriquecido e água normal como moderador:

Reatores de alta temperatura: utilizados sobretudo no Reino Unido, figura entre os sistemas mais avançados. Oferecem vantagens em relação aos de água normal, pois utiliza, como meio refrigerante, um gás (normalmente o hélio).

Reatores reprodutores: todos os Estados com importantes instalações de energia nuclear estão interessados no desenvolvimento dos reprodutores rápidos, já que só com este tipo de reatores é possivel aproveitar as limitadas existências de urânio da Terra. Tal como se encontra atualmente o seu desenvolvimento, esta perigosa técnica oferece a única alternativa para assegurar o nosso abastecimento energético, a não ser que no futuro de descubram novas fontes de energia, cujo aproveitamento possa ser conseguido de uma forma mais segura e económica.

Controlar os riscos de funcionamento de um reator

Todos os componentes de um reator nuclear (combustível, moderador, meio refrigerante e as barras de controlo) encontram-se instalados dentro de um grande contentor sob pressão. Fabricados com aço especial, cimento pré-esforçado e rodeado com várias envolturas, nestes contentores, as exigências de impermeabilidade e estabilidade das camadas envolventes são extremamente elevadas, a fim de garantir que em todos os acidentes imagináveis, não seja permitida a fuga de material radioativo.

Durante o funcionamento de um reator nuclear produzem-se grandes quantidades de material radioativo residual (lixos nucleares).

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Fig. 7 – Central nuclear pressurizada

Fonte: energianuclear.naturlink.pt

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