Usina Nuclear Isar, Alemanha

Central nuclear

Central nuclear

Uma usina nuclear é uma instalação para obter energia elétrica usando energia nuclear.

Sua operação é semelhante à de uma usina termelétrica ou de uma usina termoelétrica: a termodinâmica é usada para obter calor de uma fonte de energia, com calor a vapor e com vapor para acionar uma turbina que gerará eletricidade.

A diferença entre os diferentes tipos de instalações elétricas está na fonte de energia: uma usina nuclear aproveita o calor liberado nas reações de fissão nuclear de certos átomos, em uma usina termelétrica a fonte de calor (energia térmica) vem da combustão de um ou mais combustíveis fósseis (carvão, gás natural, combustível ...). Finalmente, nas usinas termoelétricas, a fonte de energia é a radiação solar.

Como em uma usina termelétrica convencional, o calor é usado para gerar vapor que aciona uma turbina a vapor conectada a um gerador que produz eletricidade.

A energia térmica usada pela usina nuclear para gerar energia elétrica é gerada por um reator nuclear. Dentro do reator, reações de fissão em cadeia são produzidas de maneira controlada. O elemento que fissura, o combustível nuclear, é o urânio natural ou o urânio enriquecido. O urânio enriquecido é o urânio natural com uma maior proporção de isótopos de urânio-235.

Além do reator, uma usina nuclear sempre consiste de uma turbina a vapor, um alternador, dois ou três circuitos - primário, secundário e terciário - e uma ou várias torres de resfriamento do fluido de condensação, que geralmente é água. A eficiência total está entre 30% e 40%.

Geralmente é considerado o tempo de vida operacional de uma usina nuclear em cerca de trinta anos. O principal problema que eles apresentam é a gestão dos resíduos nucleares que geram.

Operação básica de uma usina nuclear

Em uma usina nuclear, a energia é extraída do núcleo de átomos por meio de sua divisão (fissão nuclear). Os átomos têm ligações internas que unem suas subpartículas (elétrons, nêutrons e prótons). Quando divididas, essas ligações se rompem e liberam a energia de ligação interna do interior do átomo que liga as partículas separadas.

 

A fissão nuclear é provocada artificialmente e controlada. Neste, um átomo de um grande elemento químico é disparado por um nêutron, uma pequena partícula a uma certa velocidade, que quebra o átomo (quebrando seu núcleo, formado por nêutrons e prótons ligados entre si por ligações muito enérgicas). uma reação nuclear exotérmica, significando que a energia é liberada na forma de calor (energia térmica).

 

Reações nucleares em cadeia

Para a energia obtida ser maior que a energia usada, é necessário que as reações nucleares sejam reações em cadeia. Assim, embora seja necessária muita energia para iniciar a reação nuclear em cadeia, uma vez que a reação já tenha sido iniciada, não é necessária muita energia para mantê-la, e chega um momento em que a energia obtida é maior que a energia usada. Para isso, é necessário que o grande elemento químico (chamamos pesado, com uma massa atômica alta) seja, além disso, radioativo. O elemento normalmente usado é um isótopo raro de urânio.

Reações em cadeia ocorrem no núcleo do reator nuclear. Subseqüentemente, um circuito de tubos através do qual circula um fluido chamado refrigerante será responsável pelo transporte de calor (energia térmica) para fora do tanque, resfriando-o.

Condução das turbinas da central nuclear

Com o calor obtido das reações nucleares, a água é aquecida até ferver; a água se torna vapor a uma pressão muito alta. As pás da turbina são movidas com o vapor pressurizado. Desta forma, transformamos a energia térmica em energia mecânica. A turbina se conectará a um gerador elétrico (ou alternador) que nos permite transformar energia mecânica em energia elétrica (ou eletricidade).

Este processo é explicado em mais detalhes na seção: operação de uma usina nuclear.

Reator nuclear

 

O reator nuclear é o local onde as reações de fissão nuclear são geradas. Em suma, é um dispositivo que produz calor (energia térmica ou térmica).

 

No reator da planta, a reação em cadeia começa bombardeando um átomo com um nêutron. Uma vez iniciada a reação, ela pode ser controlada no mesmo reator pelas hastes de controle e pelo moderador de nêutrons.

Tipos de reatores nucleares

Existem diferentes tipos de reatores nucleares, todos de fissão, para diferentes usinas nucleares. A ONU classifica-os da seguinte forma:

  • Reator de água pressurizada (PWR e VVER). Eles usam água de alta pressão para produzir vapor para os geradores de vapor. Eles têm três circuitos. 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.
  • Reator de Água Pesada Pressurizada (PHWR): Utiliza água pesada sob alta pressão como moderador de nêutrons e como refrigerante.
  • Reator de gás (GCR: AGR e Magnox): Eles usam grafite como um moderador dos nêutrons e dióxido de carbono no estado gasoso como um refrigerante.
  • Reactor moderado por grafite e resfriado por água leve (LGR e RBMK): Modelos de origem russa. A "água clara" é água normal.
  • Fast Reactor (LBR ou LMFBR): Não desacelera os nêutrons da reação em cadeia e resfria com sódio líquido. Eles estão na fase de protótipo e pesquisa.
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Última revisão: 5 de abril de 2017

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