Uma usina nuclear é uma usina termelétrica cuja fonte de energia é a energia nuclear.
Seu funcionamento é semelhante ao de qualquer outra usina termelétrica: a energia térmica é gerada a partir de uma fonte de energia para acionar uma turbina a vapor conectada a um gerador elétrico.
As centrais nucleares são instalações fundamentais no mundo da energia, desempenhando um papel essencial na produção de eletricidade. Neste artigo explicaremos o que são usinas nucleares, sua finalidade, como funcionam e os tipos mais comuns de usinas nucleares.
O que é um centro nuclear?
Uma usina nuclear, também conhecida como usina nuclear, é uma instalação projetada para gerar eletricidade a partir da energia liberada durante o processo de fissão nuclear.
A fissão nuclear envolve a divisão de núcleos atômicos pesados, como o urânio-235, em fragmentos menores, colidindo com nêutrons. Este processo libera uma grande quantidade de energia na forma de calor, que é então convertida em eletricidade.
Para que serve uma usina nuclear?
O principal objetivo de uma usina nuclear é produzir eletricidade de forma eficiente e contínua. Através do processo de fissão nuclear, estas instalações geram calor que é utilizado para produzir vapor, que depois aciona turbinas ligadas a geradores elétricos para gerar eletricidade.
Outra finalidade das usinas nucleares é a redução das emissões de gases de efeito estufa. As centrais nucleares emitem quantidades muito baixas de dióxido de carbono (CO 2 ) durante a produção de electricidade, em comparação com as centrais eléctricas que queimam combustíveis fósseis, como o carvão e o gás natural.
Além da geração de eletricidade, algumas usinas nucleares são utilizadas para pesquisas científicas e médicas. Por exemplo, produzem isótopos radioativos utilizados na medicina para diagnóstico e tratamento de doenças, bem como para pesquisas em física nuclear.
Partes de uma usina nuclear
As usinas nucleares consistem em vários componentes essenciais, incluindo:
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Reator Nuclear: Onde ocorre a fissão nuclear, incluindo barras de combustível, moderador e refrigerante.
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Gerador de vapor: Com tubos, válvulas e turbina para converter calor em vapor e eletricidade.
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Gerador elétrico: Com um gerador e muitas vezes um transformador para converter energia mecânica em eletricidade.
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Sistema de controle e segurança: Monitora e regula a reação nuclear e garante a segurança da instalação.
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Armazenamento de resíduos radioactivos: Incluindo reservatórios de armazenamento temporário e planos para a gestão a longo prazo de resíduos radioactivos.
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Estruturas de contenção: Para garantir a segurança e evitar a liberação de materiais radioativos em caso de acidente.
Como funciona uma usina nuclear?
A operação de uma usina nuclear é um processo altamente especializado que envolve a conversão de energia nuclear em eletricidade de forma eficiente e controlada. Isso é conseguido por meio de uma série de etapas interconectadas que explicamos a seguir:
Fissão do átomo de urânio
O processo começa no núcleo do reator nuclear, onde está localizado o coração da usina. Neste núcleo estão barras de combustível, geralmente feitas de urânio enriquecido ou plutônio.
É aqui que ocorre a fissão nuclear, um processo no qual os núcleos dos átomos pesados se dividem em fragmentos menores quando bombardeados com nêutrons. Esta fissão libera uma enorme quantidade de calor e mais nêutrons.
Geração de vapor
O calor gerado pela fissão nuclear é o componente chave para a geração de eletricidade. Esse calor é transferido para um sistema de resfriamento, geralmente com água, para evitar o superaquecimento do reator. A água vira vapor devido ao calor intenso, e esse vapor de alta pressão é direcionado para um gerador de vapor.
O gerador de vapor é um componente crucial no processo. No interior, o vapor da água quente passa por tubulações e válvulas que o levam até uma turbina.
Turbinas e gerador elétrico
A turbina, que está conectada a um gerador elétrico, aproveita a energia cinética do vapor em movimento e a converte em energia mecânica. A turbina gira em alta velocidade, o que faz com que o gerador elétrico produza eletricidade.
Condensação de vapor
O ciclo não termina aqui. O vapor exaurido, após passar pela turbina, é resfriado e condensado novamente em água.
Este processo de condensação é concluído em um sistema de resfriamento, e a água resultante retorna ao núcleo do reator para reiniciar o ciclo.
Repetir ciclo
Este ciclo de aquecimento, geração de vapor, acionamento de turbinas e produção de eletricidade é constantemente repetido para manter um fornecimento constante de energia elétrica.
Além disso, são implementados sistemas de controle e segurança para monitorar e regular a reação nuclear, garantindo a operação segura da usina.
Tipos de reatores nucleares
Existem diferentes tipos de reatores nucleares, todos de fissão. A ONU os classifica da seguinte forma:
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O reator de água pressurizada (PWR e VVER). Eles usam água de alta pressão para produzir vapor para geradores de vapor. Eles têm três circuitos.
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O reator de água fervente (BWR): O segundo mais comum no mundo. A água ferve, gerando vapor diretamente no núcleo do reator. Eles têm apenas dois circuitos.
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Reator de Água Pesada Pressurizada (PHWR): Usa água pesada de alta pressão como moderador de nêutrons e refrigerante.
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O reator resfriado a gás (GCR: AGR e Magnox): Eles usam grafite como moderador de nêutrons e dióxido de carbono gasoso como refrigerante.
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O reator leve resfriado a água e moderado por grafite (LGR e RBMK): Modelos de origem russa. “Água leve” é água normal.
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O reator rápido (LBR ou LMFBR): Não desacelera os nêutrons da reação em cadeia e esfria com sódio líquido. Eles estão em fase de protótipo e pesquisa.
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Reatores de sal fundido: São uma tecnologia em desenvolvimento que utiliza uma mistura de sal fundido como refrigerante e combustível.