Nas usinas nucleares, o reator é elemento fundamental no sistema de abastecimento responsável por movimentar as turbinas para geração de energia elétrica. Sua função é comparada à caldeira de uma usina que utiliza combustíveis fósseis.
Observe a seguir uma figura que faz a comparação entre uma usina com caldeira, que utiliza combustíveis fósseis para gerar energia (A) e uma usina nuclear dotada de reator com água como fluído refrigerador (B). Em (C) são apresentados os componentes principais de um reator nuclear.
Figura 1: Comparação entre (A) uma usina com caldeira, que utiliza combustíveis fósseis para gerar energia, (B) usina nuclear dotada de reator com água como fluído refrigerador, e (C) componentes principais de um reator nuclear.
Figura 1: Comparação entre (A) uma usina com caldeira, que utiliza combustíveis fósseis para gerar energia, (B) usina nuclear dotada de reator com água como fluído refrigerador, e (C) componentes principais de um reator nuclear.
Fonte: Adaptado de Botkin e Keller (2011, p. 406 e 407).
Note que os elementos apresentados na figura (C) são (I) um núcleo, que contém o combustível e o moderador, que pode ser água, por exemplo. Este moderador aumenta a probabilidade de captura dos neutros livres pelos átomos fissionáveis; (II) hastes de controle, que contém os neutros e controlam a quantidade destes que está no reator; (III) hastes de combustível, que contém as pastilhas de urânio; (IV) líquido refrigerador; e o (V) envoltório.
Em linhas gerais, levando em conta a figura (B e C), como o reator nuclear da usina apresentada no esquema do texto-base funcionaria?
Resposta:
As centrais nucleares produzem eletricidade a partir do calor que se manifesta em consequência da cisão de núcleos atómicos do combustível nuclear, presente no chamado núcleo do reator. A energia libertada na reação de cisão nuclear consiste sobretudo em energia cinética dos fragmentos de cisão (cerca de 85%), os quais se repelem por terem carga elétrica do mesmo sinal.
Da interação dos fragmentos de cisão com a matéria contígua, resulta a absorção praticamente instantânea da quase totalidade da sua energia cinética. Em consequência, o núcleo do reator aquece em resultado das reações de cisão nuclear que ocorrem no combustível.
Para potências de funcionamento típicas das centrais nucleares, é necessário remover continuamente a energia, fazendo circular um fluido de refrigeração através do combustível nuclear. Em geral, a energia removida é parcialmente transferida, num permutador de calor – o gerador de vapor –, para a água de um segundo circuito fechado que é aquecida até à ebulição.
O vapor de água sob pressão assim obtido é enviado para uma série de turbinas com o mesmo eixo de rotação, o qual está ligado a um gerador elétrico ou alternador que converte em eletricidade o movimento de rotação das turbinas.
Após a sua passagem pelas turbinas, o vapor do circuito secundário é condensado e a água assim obtida é reenviada para o permutador de calor. O condensador é, afinal, um permutador de calor onde o vapor proveniente das turbinas cede o calor à água de um terceiro circuito (proveniente do mar, de um rio, por exemplo).
O conjunto formado pelo reator nuclear e pelas máquinas que lhe estão associadas, para gerar eletricidade, constitui aquilo a que se chama um grupo eletroprodutor de uma central nuclear (que engloba, em geral, vários grupos).
A parte específica de uma central nuclear – o reator nuclear – é formada pelos seguintes constituintes fundamentais no caso de um reator nuclear a neutrões térmicos (como é o PWR - Pressurized Water Reator - esquematizado na figura abaixo):
http://1.bp.blogspot.com/.../PressurizedWaterReactor.gif
· combustível nuclear (à base, por exemplo, de urânio-235, onde tem lugar a reação de cisão nuclear em cadeia);
· moderador: material presente no núcleo do reator para reduzir a energia cinética dos neutrões (exemplos de moderadores: água, água pesada e grafite);
· refletor: material que se coloca à volta do núcleo do reator para fazer regressar ao sistema alguns dos neutrões que tendem a escapar-se (as propriedades dos refletores são idênticas às dos moderadores);
· barras de comando da reação em cadeia, constituídas por substâncias muito absorventes de neutrões;
· fluido de refrigeração destinado a arrefecer o núcleo do reator;
· escudo biológico que protege o exterior contra o efeito das radiações emitidas (pelos produtos de cisão, em grande parte).
