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Piscina de combustível nuclear usado

Combustível nuclear

Combustível nuclear

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

Referimo-nos ao combustível nuclear tanto ao material (urânio, plutônio ...) e ao conjunto feito com o referido material nuclear (varetas de combustível, composições de material nuclear e o moderador ou qualquer outra combinação.

O combustível nuclear mais amplamente utilizado é o urânio porque é o mais adequado 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.

O trítio e o deutério são isótopos leves de hidrogênio usados ​​no processo de fusão nuclear. A fusão nuclear, no momento, não está suficientemente desenvolvida para ser aplicada em usinas nucleares.

Para que é usado o combustível nuclear?

Uma usina nuclear usa combustível nuclear para alimentar o reator.

Os átomos do combustível nuclear são separados progressivamente pelo processo de fissão nuclear. Em cada uma dessas reações, o material se transforma em outros elementos liberando energia térmica.

Essa energia térmica é utilizada para obter vapor e acionar uma turbina acoplada a um alternador. Dessa forma, a usina nuclear gera eletricidade.

Para que o reator funcione, a massa do combustível nuclear presente no reator atinge a chamada massa crítica. Massa crítica é a quantidade necessária para iniciar uma reação em cadeia que é auto-suficiente de forma estável.

Configuração de barras de combustível em um reator nuclear

O combustível nuclear é colocado em hastes no reator. Colocar em barras oferece as seguintes vantagens:

  • Facilita o transporte

  • Permite que você alterne o combustível com o moderador de nêutrons e as hastes de controle.

  • Simplifica a extração de combustível no final do ciclo.

O material físsil deve ser colocado em um arranjo geométrico que maximize a eficiência do efeito de arrastamento. Este arranjo deve levar em consideração a necessidade de deixar espaço suficiente para inserir o moderador de nêutrons.

Durante a fase de projeto de um reator nuclear, também é necessário deixar espaço para hastes de controle e dispositivos de diagnóstico.

Em tese, a forma ideal seria esférica, porém, utiliza-se uma forma cilíndrica, obtida pela combinação de um grande número de barras.

Ciclo de combustível nuclear

O ciclo do combustível nuclear é o conjunto de operações necessárias para a fabricação de combustível para usinas nucleares. As operações de ciclo também incluem o tratamento subsequente do combustível irradiado.

No caso do urânio, o ciclo fechado inclui:

  • Mineração para extrair urânio natural

  • Produção de concentrados de urânio

  • Obtenção de urânio enriquecido ( enriquecimento de urânio).

  • Fabricação de elementos de combustível

  • O uso de combustível no reator

  • O reprocessamento dos elementos combustíveis irradiados, para recuperação do urânio remanescente e do plutônio produzido.

Essas tarefas podem ser realizadas por uma empresa nacional ou internacional com o devido controle de qualidade.

Esgotamento e substituição de combustível nuclear

Ao contrário do combustível tradicional (por exemplo, combustíveis fósseis), o consumo de combustível em um reator nuclear é muito lento. Depois de carregado no reator, geralmente dura anos.

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 se dispersa. Esses produtos permanecem principalmente dentro das barras ou elementos imediatamente adjacentes.

Com o tempo, as barras de combustível ficam mais pobres em material físsil. Quando as hastes chegam ao ponto em que não é mais eficiente explodi-las, devem ser substituídas.

Dependendo da geometria do reator, pode acontecer que uma parte do combustível esgote mais rápido do que as outras: geralmente, a parte central esgota-se mais rápido do que a parte externa. A configuração da barra é útil neste caso porque permite a substituição apenas das peças mais esgotadas.

Os bastonetes gastos, assim como o material nas imediações, tornaram-se altamente radioativos devido à presença de produtos de fissão gerados pelas reações, bem como outros materiais que podem ser ativados durante o processo de captura de nêutrons ou como resultado de outros processos semelhantes.

O descarte de hastes usadas é, portanto, a parte mais complexa do descomissionamento da escória do reator nuclear.

Referências

Autor:

Data de publicação: 24 de março de 2015
Última revisão: 28 de novembro de 2020