PRÁTICA DE ENSINO DE FÍSICA MODERNA
Reator Nuclear
Um reator nuclear é uma instalação utilizada para iniciar, controlar e manter as reações nucleares que acontecem em cadeia.
O reator é composto por combustível nuclear, fluído refrigerante, barras de controle e segurança, refletor e moderador. Veremos mais detalhadamente qual a função de cada um desses componentes:
Foto do interior de um reator nuclear, tirada de cima.
Combustível Nuclear: São materiais utilizados para a geração de energia nuclear, ou seja, materiais que irão produzir a fissão em cadeia. O elemento mais utilizado para este fim é o Urânio, principalmente para a produção de energia nuclear.
Fluído refrigerante: Material responsável por remover o calor gerado no núcleo do reator. Geralmente é um líquido, a água, que absorve este calor transformando-se em vapor que é utilizado para movimentar as turbinas para a produção de energia elétrica.
Barras de controle e segurança (Controladores): São barras de elementos Boro ou Cádmio responsáveis por regular as reações nucleares que são realizadas dentro de reator. Estes possuem a propriedade de receber nêutrons em seu núcleo. Estas varetas ficam localizadas na parte superior do reator. Quando as barras estão para fora do reator significa que a reação de fissão nuclear está ocorrendo em total capacidade. No entanto, quando ocorre uma detecção de uma grande produção de energia estas barras são introduzidas no reator para subtrair os nêutrons da reação.
Moderadores: São materiais utilizados nos reatores térmicos para reduzir ou moderar a energia dos nêutrons rápidos que são liberados no processo da fissão nuclear. Este material também serve como refletor de nêutrons, circundando o núcleo do reator a fim de minimizar a fuga de nêutrons do núcleo.
Fique sabendo:
O Urânio usado como combustível em um reator, não é encontrado naturalmente no planeta terra. O elemento usado nos reatores é o U235. Na natureza, encontra-se em abundância o Urânio 238, no entanto, na fissão nuclear que ocorre em um reator são utilizados átomos enriquecidos de Urânio 235. Isso devido à alta propriedade de fissão que este possui, enquanto o U238 é considerado mais estável. Para saber mais sobre o assunto acesse:
Mas e agora, como é o funcionamento do reator nuclear? Veja a vídeo aula abaixo e descubra…
Uma usina nuclear utiliza fonte de calor para a geração de energia, o qual é obtido através do potencial energético do urânio, ou seja, através da fissão deste elemento. Este calor é utilizado para aquecer a água que circunda no interior do reator.
Uma usina nuclear possui três circuitos independentes contendo água, os chamados primários, secundários e de refrigeração ou terciário. No circuito primário, no interior do vaso do reator, a água é aquecida devido a liberação de energia térmica advinda da fissão dos átomos de Urânio. Em seguida, o calor contido nesta água é transferido para a água contida no circuito secundário, do qual faz parte o gerador de vapor.
A cima foto do gerador de um gerador de vapor semelhante ao usado na Usina Brasileira de Angra I. Ao lado, esquema de como é o gerador de vapor por dentro.
O vapor produzido no circuito secundário é utilizado para movimentar uma turbina responsável pela geração de energia elétrica. Sendo que, após este processo o vapor sofre condensação através da troca de calor com um fluído refrigerante contido no circuito terciário. A animação a seguir mostra como é o funcionamento de uma Usina Nuclear
Mas para que todo este processo ocorra, é necessário também controladores da fissão nuclear presente no reator. Pois, se o reator fosse deixado sem essas barras de controle ele derreteria devido ao alto calor presente ali. Estas barras possuem a finalidade de controlar a fissão, ou seja, são feitas de materiais que conseguem absorver os nêutrons, as quais estão ligadas a um dispositivo capaz de abaixar e erguer estes controladores.
Quando se quer que o reator produza maior energia, com maior liberação de calor estas barras são elevadas do centro do reator. Sendo que, quando se deseja diminuir a produção de calor e energia, estas barras são abaixadas para dentro do reator.
Além disso, estas hastes controladoras da fissão possuem a função de desligar totalmente o reator, quando abaixadas totalmente. Isso permite uma maior segurança no caso de acontecer um acidente nuclear ou então para que seja possível a troca de combustível.
O botão a baixo dá acesso ao link onde está disponível o simulador usado na vído aula, caso queiras fazer sua própria investigação sobre o fenômeno da Fissão Nuclear e da Reação em Cadeia.
No caso do acidente de Fukushima, no Japão, os controladores foram baixados durante o terremoto, para desligar a usina, porém, antes de conseguirem resfriar o reator, um Tsunami atingiu a usina, o que danificou a estrutura do reator, causando a explosão dele.
Curiosidade:
Mas e o lixo produzido nessa usina, para onde vai? Esse é o assunto de nossa próxima página.
Acesse e confira.
