Turbina de uma usina nuclear

Nuclear Power Plant Cattenon,
França

Central nuclear

Central nuclear

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

Seu funcionamento é semelhante ao de uma usina termelétrica ou de uma usina solar termoelétrica: a termodinâmica é usada a partir de uma fonte de energia para obter calor, com calor a vapor e com vapor para acionar uma turbina que irá gerar 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 solares termoelétricas, a fonte de energia é a radiação solar.

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

A energia térmica usada pela usina nuclear para gerar eletricidade é gerada por um reator nuclear. Dentro do reator, as reações de fissão em cadeia ocorrem de maneira controlada. O elemento de fissão, combustível nuclear, é urânio natural ou urânio enriquecido. O urânio enriquecido é o urânio natural com uma proporção mais alta de isótopo de urânio-235.

Além do reator, uma usina nuclear sempre consiste em 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%.

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

Operação básica de uma usina nuclear

Esquema operacional de uma usina nuclearEm uma usina nuclear, a energia é extraída do núcleo de átomos através de sua divisão ( fissão nuclear). Os átomos têm ligações internas que ligam suas subpartículas (elétrons, nêutrons e prótons). Quando divididas, essas ligações quebram e liberam a energia de ligação interna do interior do átomo que uniu as partículas separadas.

A fissão nuclear é artificial e controlada. Nele, 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 por ligações muito energéticas). uma reação nuclear exotérmica, ou seja, a energia é liberada na forma de calor (energia térmica).

Reações em cadeia nuclear

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

As reações em cadeia ocorrem no núcleo do reator nuclear. Posteriormente, 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.

Operação das turbinas da usina nuclear

Com o calor obtido pelas reações nucleares, a água é aquecida até ferver; A água se torna vapor a uma pressão muito alta. As pás de uma turbina são movidas com vapor pressurizado. Dessa maneira, 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

Reator nuclearO reator nuclear é o local onde as reações de fissão nuclear são geradas. É definitivamente um dispositivo que produz calor (energia térmica ou energia térmica).

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

Tipos de reatores nucleares

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

  • O reator de água pressurizada (PWR e VVER). Eles usam água de alta pressão para produzir vapor em geradores de vapor. Eles têm três circuitos.
  • 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.
  • O reator de água de alta pressão (PHWR): usa água pesada de alta pressão como moderador de nêutrons e como refrigerante.
  • O reator resfriado a gás (GCR: AGR e Magnox): Eles usam grafite como moderador de nêutrons e dióxido de carbono no estado gasoso como refrigerante.
  • O reator moderado por grafite e resfriado por água leve (LGR e RBMK): modelos de origem russa. "Água leve" é água normal.
  • O reator rápido (LBR ou LMFBR): Não desacelera os nêutrons da reação em cadeia e refrigera com sódio líquido. Eles estão na fase de protótipo e pesquisa.
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Última revisão: 5 de abril de 2017