Piscina de combustível nuclear usado

Combustível nuclear

Combustível nuclear

O combustível nuclear é o material usado para a geração de energia nuclear. É um material que pode ser fissurado ou fundido, dependendo de seu uso ser a fissão nuclear ou a fusão nuclear.

 

Nós nos referimos a ambos materiais nucleares do combustível (urânio, plutônio ...) como um todo desenvolvido com o dito material nuclear (barras de combustível, composições de materiais nucleares e o moderador ou qualquer outra combinação.

O combustível nuclear mais conhecido é o urânio, porque é o mais comumente usado em reatores de fissão nuclear. Atualmente, todos os reatores nucleares em produção para geração de energia elétrica são de fissão. Em outro nível, o plutônio também é usado como combustível nuclear.

Trítio e deutério são isótopos leves que são usados no processo de fusão nuclear. A fusão nuclear, para o momento, não está suficientemente desenvolvido para que possa ser aplicado em usinas nucleares, mas na França é a construção de um reator de fusão nuclear (ITER) para o estudo.

Utilização de combustível nuclear

Durante a operação do reator, os átomos de combustível nuclear são progressivamente separados pelo processo de fissão da cadeia nuclear: o material é gradualmente transformado em outros elementos e / ou isótopos, liberando energia térmica. Essa energia térmica é usada por uma máquina térmica adequada para acionar mecanicamente uma turbina a vapor acoplada a um alternador e, assim, produzir eletricidade.

Tipicamente, a massa de combustível nuclear presente no reator atinge a chamada massa crítica, isto é, a quantidade necessária para iniciar uma reação em cadeia que seja auto-suficiente de forma estável.

O combustível nuclear é geralmente colocado em hastes no reator. Isto é para facilitar o seu transporte, tanto para alternar o combustível com moderação quanto para as hastes de controle e facilitar sua extração no final do ciclo.

O material fissionável deve ser colocado com um arranjo geométrico que maximize a eficiência do efeito de corrente, levando em conta a necessidade de deixar espaço suficiente para inserir o moderador. Durante a fase de projeto de um reator nuclear, também é necessário deixar espaço para as hastes de controle e dispositivos de diagnóstico. De um ponto de vista puramente teórico, a forma ideal seria a esférica. No entanto, razões de natureza prática e construtiva nos fazem inclinados para outras soluções: uma forma cilíndrica é geralmente usada, obtida pela combinação de um grande número de barras.

Depleção e substituição do combustível nuclear

Ao contrário do combustível tradicional (combustíveis fósseis como carvão, petróleo, gás natural ou madeira), o consumo de combustível em um reator nuclear é muito lento e, uma vez carregado, geralmente dura anos (dependendo do tipo de reator e de seus reatores nucleares). usar). Por outro lado, as operações de reabastecimento são consideravelmente mais complexas.

Ao contrário do que acontece com outros tipos de combustíveis, o produto da reação (a chamada escória) não é disperso, mas permanece principalmente dentro das barras ou elementos imediatamente adjacentes.

À medida que o tempo avança, as barras tornam-se cada vez mais pobres em material fissionável, até chegarem a um ponto em que não é mais eficiente explorá-las e devem ser substituídas. Dependendo da geometria do reator, pode acontecer que uma parte do combustível se esgote mais rapidamente que as outras partes: em geral, a parte central se esgota mais rapidamente que a parte externa. A configuração da barra é útil neste caso porque permite a substituição apenas das partes mais exaustas.

As hastes esgotadas, assim como o material nas proximidades, tornaram-se altamente radioativas devido à presença de produtos de fissão gerados pelas reações, bem como a outros materiais que podem ser ativados durante o processo de captura de nêutrons ou como resultado de outros processos semelhantes. A remoção de barras gastas é, portanto, a parte mais complexa do desmantelamento da escória do reator nuclear.

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Referências

Última revisão: 23 de outubro de 2018