Reator Nuclear
Nas usinas nucleares, a energia é obtida por meio da fissão nuclear, que corresponde à divisão de um núcleo atômico pesado e instável provocada por um bombardeamento de nêutrons moderados, originando 2 núcleos atômicos médios, liberação de 2 ou 3 nêutrons e uma quantidade colossal de energia. É exatamente a obtenção dessa energia que se pretende nas usinas e, portanto, nos reatores nucleares.
O esquema abaixo nos ajuda a entender o funcionamento dos reatores nucleares:
Um reator conta com barras de combustível físsil, geralmente elas são compostas de cerca de 400 pastilhas pequenas de urânio-235 (ou o plutônio-239). É interessante que apenas duas pastilhas de urânio são suficientes para suprir energia elétrica para uma residência média por um mês e uma barra de combustível pode atender uma cidade de 20 000 habitantes por 24 horas!
O urânio utilizado é o urânio enriquecido, sendo que ele contém uma maior quantidade de urânio-235 que o urânio natural. Este último contém apenas cerca de 0,7% de 235U.
Essas barras de combustível são colocadas de maneira intercalada com as barras de controle. Conforme explicado, nêutrons são liberados durante a fissão nuclear e, se eles bombardearem novamente os núcleos do combustível físsil, haverá uma reação em cadeia que crescerá progressivamente, ou seja, produzirá cada vez mais nêutrons a cada fissão e a energia liberada será cada vez maior.
Assim, para que isso não ocorra de uma forma descontrolada, as barras de controle, também denominadas de barras de moderador de nêutrons, diminuem a velocidade dos nêutrons liberados e possibilitam o prosseguimento da reação em cadeia. Essas barras são feitas de aço-boro, cádmio ou háfnio, que são materiais que absorvem nêutrons sem sofrer fissão, pois sendo absorvidos, os nêutrons não provocarão novas fissões e a velocidade da reação diminuirá. Alguns reatores nucleares mais modernos têm usado como moderador a água pesada (D2O), em que os átomos de deutério (isótopo do hidrogênio) ficam no lugar dos átomos de hidrogênio.
As barras de controle também são movimentadas para controlar a quantidade de energia que as barras de combustível liberam.
A energia em forma de calor liberada da fissão faz com que a água no reator fique mais quente. Ela é levada para um gerador de vapor de água, sendo que esse vapor aciona uma turbina, que opera um gerador elétrico.
De modo resumido, a fissão libera calor que faz a água ferver, sendo que seu vapor aciona uma turbina geradora, que produz eletricidade.
O vapor que foi utilizado vai para um condensador para voltar para o estado líquido. A água usada no condensador para resfriar o vapor vem de um rio, lago ou mar. No esquema mais acima, você pôde ver as torres de resfriamento por onde sai vapor de água. A água quente que ainda está dentro dessas torres voltam para o rio, lago ou mar.
É por isso que as usinas nucleares sempre são instaladas próximas a fontes naturais de água. Os três reatores nucleares do Brasil se situam na Usina de Angra dos Reis, no Rio de Janeiro, mostrada na figura abaixo: