A energia atômica é a energia que mantém unidas as subpartículas de um átomo. Um átomo é composto de três subpartículas: nêutrons, prótons e elétrons. Nêutrons e prótons formam o núcleo e são mantidos juntos por ligações energéticas muito fortes.
A união ou destruição desses elos gera uma enorme quantidade de energia que pode ser utilizada de diversas formas: eletricidade, armas nucleares, propulsão de veículos...
Muitas vezes, quando nos referimos à energia atômica ou nuclear estamos nos referindo à energia obtida desta fonte.
O nome energia nuclear é usado porque a maior parte da energia de um átomo reside em seu núcleo.
Existem dois tipos de reações nucleares que liberam energia:
Nas reações de fissão, um átomo muito grande (com muitos prótons e nêutrons) se desintegra. Os átomos de urânio são ideais porque são muito grandes e instáveis.
Nas reações de fusão o objetivo é unir dois átomos muito pequenos (por exemplo, hidrogênio). Essas reações também liberam uma grande quantidade de energia. São mais difíceis de obter, mas oferecem muitas vantagens.
Operação de uma usina nuclear
As usinas atômicas (ou usinas nucleares) são responsáveis pela obtenção de energia atômica a partir dos núcleos dos átomos para gerar eletricidade.
Todas as usinas atômicas possuem um reator nuclear. O reator nuclear é responsável por gerar as reações de fissão dos átomos.
O que são reações de fissão? São reações que dividem o núcleo de um átomo.
Essas reações atômicas geram uma grande quantidade de energia térmica. Graças a essa grande quantidade de energia, ela é utilizada para gerar vapor - ou aumentar a pressão da água, dependendo do tipo de reator - para acionar uma turbina.
A turbina está conectada a um alternador responsável pela geração de eletricidade.
Durante o processo a energia sofre as seguintes transformações:
Partimos de um átomo que contém uma grande quantidade de energia nuclear.
Obtenção de energia térmica (através da fissão nuclear).
Obtenção de energia cinética (através do acionamento das turbinas).
Obtenção de energia elétrica (através do alternador).
Existem muitos tipos de usinas nucleares para utilização de energia atômica, mas conceitualmente todas funcionam por meio de um processo semelhante: reação nuclear para obter calor, acionar uma turbina e transformar energia mecânica em eletricidade.
Os reatores nucleares mais comuns são:
Reatores de água pressurizada (PWR)
Reatores de água fervente (BWR).
Até o momento, todas as usinas nucleares do mundo são baseadas na fissão.
Reatores de pesquisa atômica
Um reator de pesquisa é um reator nuclear usado para fins científicos. Estes reactores são a chave para o desenvolvimento e evolução da tecnologia nuclear.
Os reactores de investigação têm menos potência do que os reactores nucleares utilizados para outros fins. Um reator típico de uma usina nuclear tem capacidade térmica de 3.000 MW (megawatts), enquanto os reatores de pesquisa têm capacidade entre 10 quilowatts e 10 megawatts.
Comparados aos reatores convencionais, os reatores de pesquisa são:
Mais simples.
Eles operam em temperaturas mais baixas.
Eles exigem menos combustível e, portanto, geram menos combustível irradiado.
O combustível utilizado neste tipo de reator é geralmente urânio mais enriquecido, geralmente até 20% de urânio-235. Alguns reatores usam 93% de urânio-235.
A grande proporção de volume e potência no núcleo requer técnicas especiais em seu design. Tal como acontece com outros reatores, o núcleo precisa de resfriamento. Geralmente são resfriados por convecção natural ou forçada com água.
Um moderador de nêutrons também é usado para desacelerar os nêutrons e controlar as reações atômicas em cadeia que ocorrem.
Combustível nuclear
Para desencadear reações atômicas, nem todos os átomos são tecnicamente adequados.
Combustível para reatores de fissão: urânio e plutônio
No caso de reações de fissão nuclear, são necessários átomos muito grandes (com muitos prótons e nêutrons) porque são muito instáveis. Os átomos de urânio e plutônio atendem a essas condições.
Os átomos de urânio e plutônio podem ter configurações diferentes. Essas configurações dependem do número de nêutrons que possuem no núcleo. Cada uma dessas configurações é um isótopo diferente do mesmo átomo.
O urânio pode ser obtido naturalmente. O urânio natural é encontrado com uma composição de isótopos de urânio, alguns dos quais (alguns) são muito instáveis. Para melhorar o desempenho, o urânio natural é submetido a um processo de enriquecimento para obter maior proporção de nêutrons, tornando-o menos estável.
Combustível para reatores de fusão: deutério e trítio.
Por outro lado, na fusão nuclear são necessários átomos muito pequenos para que seja mais fácil formar as ligações de força que os unirão.
O átomo ideal é o menor de todos: o hidrogênio, que possui apenas um próton.
Assim como o urânio, o hidrogênio possui vários isótopos. Aqueles que são mais adequados para reações de fusão atômica são o deutério e o trítio.
Atualmente, não existem usinas nucleares que utilizem a fusão nuclear por razões técnicas. Contudo, em França está a ser construído um reactor de investigação nuclear para o conseguir: trata-se do projecto ITER.
Vantagens e desvantagens da energia atômica
O uso da energia atômica implica vantagens e desvantagens.
Vantagens
A energia atômica permite obter grande quantidade de energia com pouco combustível.
Não depende de combustíveis fósseis. Isto significa que não emite gases com efeito de estufa e não contribui para o aquecimento global. Portanto, não afeta negativamente as alterações climáticas.
Desvantagens
O combustível irradiado permanece radioativo e é muito difícil de gerir.
A radioatividade dos resíduos nucleares dura dezenas de anos.
Existe a possibilidade de acidentes nucleares. Embora os sistemas de segurança das usinas atômicas sejam muito avançados, sempre existe a possibilidade de sofrer um acidente nuclear. Os desastres nucleares são raros, mas muito prejudiciais, tal como foram os acidentes nucleares de Chernobyl e Fukushima.
