As hastes de controle das usinas nucleares são os elementos que permitem regular a potência do reator. É um elemento essencial para a segurança do reator. Sem eles, a potência do núcleo do reator aumentaria incontrolavelmente.
As reações nucleares que ocorrem dentro de um reator de fissão acontecem em uma cadeia. Em outras palavras, toda vez que um átomo atinge um nêutron, ele se divide e emite mais um ou dois nêutrons. Os nêutrons liberados podem impactar outros átomos, de modo que mais e mais reações ocorreriam por unidade de tempo.
As hastes de controle são tubos cilíndricos feitos de um material que absorve nêutrons. Este material pode ser carboneto de boro ou ligas de prata, índio e cádmio.
As dimensões das barras de controle são as mesmas das barras de combustível nuclear.
Para que servem as hastes de controle em um reator nuclear?
As hastes de controle dos reatores nucleares permitem controlar a frequência das reações nucleares. A absorção de nêutrons impede que eles fissem mais elementos combustíveis.
A eficácia depende da proporção das barras que estão em contato com a zona de reação. Quanto mais para dentro do núcleo do reator, mais nêutrons ele irá absorver e, portanto, menos reações ocorrerão.
Como a potência de um reator nuclear é regulada?
As hastes de controle são um dos mecanismos para regular o estado de um reator nuclear. As hastes são freqüentemente o elemento mais importante em um desligamento rápido do reator (a chamada parada de emergência ou scram).
Em reatores de água pressurizada, as hastes ficam suspensas no reator e podem funcionar como um sistema de segurança. As elevações são mantidas com um eletroímã e, em caso de perda imprevista de potência de controle, caem automaticamente para o reator. Assim, a reação em cadeia da fissão nuclear é interrompida.
Em outros tipos de reatores, como o reator de água fervente, as hastes projetam-se do fundo para o reator. Para ativar, eles devem ser empurrados ativamente para o núcleo do reator.
Na verdade, o processo de controle do reator é mais complicado: o curso da reação também depende da temperatura e do resfriamento do reator e da presença de certos detritos do processo de fissão (que às vezes absorvem muitos nêutrons).
Quando as hastes de controle entram totalmente (por exemplo, durante uma parada de emergência), a reação em cadeia nuclear parará quase imediatamente. O reator é então considerado subcrítico. No entanto, o material radioativo continua a emitir calor por algum tempo, que deve continuar a se dissipar. Caso contrário, pode ocorrer um colapso.
No uso da energia nuclear, as hastes de controle são um elemento de segurança muito importante para poder parar o reator nuclear em caso de alarme.
Como as hastes de controle estão relacionadas a acidentes nucleares?
Um dos grandes problemas da energia nuclear é a possibilidade de acidentes nucleares. Alguns acidentes foram atribuídos à má gestão ou falha da haste de controle, incluindo o acidente nuclear de Chernobyl.
Os absorvedores de nêutrons têm sido freqüentemente usados para o gerenciamento de acidentes de gravidade. Soluções aquosas de metais físseis são usadas nesses absorventes. Em vários desses acidentes, bórax (borato de sódio) ou um composto de cádmio foi adicionado ao sistema. O cádmio pode ser adicionado como um metal a soluções de ácido nítrico de material físsil; a corrosão do cádmio em ácido gerará nitrato de cádmio in situ.
Em reatores nucleares resfriados com dióxido de carbono, se as barras de controle não conseguirem interromper a reação em cadeia, é possível injetar gás nitrogênio no circuito primário. O nitrogênio tem uma capacidade de absorção de nêutrons mais alta em comparação com o oxigênio ou carbono.
Conforme a energia cinética dos nêutrons aumenta, a seção transversal dos nêutrons da maioria dos isótopos diminui. O boro é um bom material de proteção contra nêutrons. É outra forma de reduzir a ativação de material próximo ao núcleo do reator.
