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Tipos de reatores nucleares

Tipos de reatores nucleares

Os reatores nucleares podem ser classificados de acordo com diferentes critérios. Um dos critérios é o propósito para o qual eles serão usados. A esse respeito, distinguimos os tipos de reatores nucleares usados ​​para fins civis, para propósitos militares ou para fins de pesquisa.

Reatores nucleares civis usam energia nuclear para gerar energia para eletricidade; reatores militares criam materiais que podem ser usados ​​em armas nucleares, como a bomba atômica; e pesquisa de reatores nucleares usados ​​para desenvolver armas ou tecnologia de produção de energia, para fins de desenvolvimento, para experimentação de física nuclear e para produzir radioisótopos para medicina e pesquisa. Alguns reatores têm um duplo propósito, já que são usados ​​para a produção de energia civil e materiais militares.

Os reatores nucleares de pesquisa usam nêutrons gerados durante as reações de fissão nuclear para produzir radioisótopos que serão usados ​​em outras aplicações de energia nuclear, como a medicina nuclear, ou para conduzir estudos sobre materiais.

Classificação de tipos de reatores nucleares por características técnicas.

Existem outras classificações de tipos de reatores nucleares dependendo dos critérios utilizados. Entre os critérios mais comuns estão:

De acordo com o combustível nuclear usado, encontramos os reatores nucleares de urânio natural e os reatores nucleares enriquecidos de urânio. O combustível nuclear do urânio natural contém a mesma proporção de urânio encontrado na natureza, enquanto no combustível enriquecido de urânio essa proporção é artificialmente aumentada. Outros reatores usam óxidos mistos de urânio e plutônio.

Segundo a velocidade dos nêutrons, isto é, de sua energia cinética, produzida nas reacções nucleares de fissão: destacam-se os reactores rápidos e os reactores térmicos.

Dependendo do moderador usado, eles podem ser reatores nucleares de água pesada, água leve ou grafite.

De acordo com o material usado como refrigerante: os materiais mais comuns são um gás (hélio ou dióxido de carbono) ou água (leve ou pesada). Às vezes, esses materiais, ao mesmo tempo, também atuam como moderadores de nêutrons. Você também pode usar vapor de água, sais fundidos, ar ou metais líquidos como refrigerante.

Reatores nucleares também podem ser distinguidos pelo tipo de reação nuclear. A energia nuclear pode ser obtida de duas maneiras: por reações de fissão nuclear ou por reações de fusão nuclear. De qualquer forma, agora, todos os reatores nucleares na produção são reatores de fissão nuclear. O reator de fusão nuclear está em fase de desenvolvimento. Nesta linha há um reator de fusão nuclear ITER em França para fins de pesquisa e desenvolvimento desta tecnologia de energia nuclear.

Reatores de energia nuclear

Reatores de energia nuclear são baseados no uso de energia térmica gerada em reações de fissão nuclear. A principal e mais conhecida aplicação deste tipo de reatores é a geração de eletricidade em usinas nucleares. No entanto, esses reatores também são usados ​​para a dessalinização de água do mar, aquecimento ou para sistemas de propulsão.

As diferenças entre os diferentes tipos de usinas nucleares são baseadas na maneira como o reator nuclear funciona, que eles usam para produzir eletricidade.

Todas as usinas nucleares usam um ou vários reatores nucleares para gerar calor. Este calor na forma de energia térmica é usado para gerar vapor através de certos processos termodinâmicos e, finalmente, para operar uma turbina. A característica que diferencia uma usina nuclear de outra é baseada na maneira como o reator nuclear funciona. Das diferentes maneiras de operar os reatores, temos uma nova classificação dos tipos de reatores nucleares.

Reator de água a pressão (PWR)

Reator de água de pressão nuclear.  Tipo de reator

O reator de água pressurizada (conhecido por sua sigla em inglês PWR) é o reator nuclear mais usado no mundo ao lado do reator de água fervente (BWR). Este reator foi desenvolvido principalmente nos Estados Unidos, RF Alemanha, França e Japão.

O combustível nuclear usado é o urânio enriquecido em forma de óxido.

O moderador e o refrigerante usado podem ser água ou grafite.

A energia térmica gerada pelo núcleo do reator é transportada pela água de resfriamento que circula a alta pressão para um trocador de calor. O reator nuclear baseia-se no princípio de que a água submetida a altas pressões pode evaporar sem atingir o ponto de ebulição, ou seja, em temperaturas acima de 100 ° C. No trocador, o vapor resfria e condensa e retorna ao reator em estado líquido.

Na troca há uma transferência termodinâmica de calor para um circuito secundário de água. A água no circuito secundário é convertida em vapor de alta pressão como resultado da quantidade de energia calorífica recebida no permutador. O vapor é introduzido em uma turbina para converter essa energia em energia mecânica e alimentar um gerador elétrico.

Reator de água a ferver (BWR)

O reator de água fervente (conhecido pela sigla em inglês BWR), também é freqüentemente usado. Tecnologicamente, tem sido desenvolvido principalmente nos Estados Unidos, na Suécia e na RF alemã.

Neste tipo de reator nuclear, a água é utilizada como refrigerante e moderador.

O combustível nuclear utilizado é o urânio enriquecido em forma de óxido, uma vez que facilita a geração de fissão nuclear.

A energia térmica gerada pelas reações em cadeia da fissão nuclear é usada para ferver a água. O vapor produzido é introduzido em uma turbina que aciona um gerador elétrico. O vapor que sai da turbina passa por um condensador, onde é transformado novamente em água líquida. Mais tarde, retorna ao reator nuclear acionado por uma bomba adequada.

Reator de urânio natural, gás e grafite (GCR)

O reator natural de urânio, gás e grafite é um tipo de reator nuclear que utiliza urânio natural na forma de metal como combustível nuclear. O combustível é introduzido em tubos de uma liga de magnésio chamada magnox.

O moderador de nêutrons usado é grafite. O refrigerador térmico é gás, especificamente dióxido de carbono.

A tecnologia deste tipo de reator nuclear foi desenvolvida principalmente na França e no Reino Unido.

Reator de gás avançado (AGR)

O reator de gás avançado (AGR) foi desenvolvido no Reino Unido a partir do reator nuclear de gás natural de grafite de urânio.

As principais alterações são que o combustível nuclear na forma de óxido de urânio enriquecido é introduzido em tubos de aço inoxidável e o navio, betão pré-esforçado, contém os permutadores de calor no interior.

Reator refrigerado a gás de alta temperatura (HTGCR)

O reator nuclear resfriado a gás em alta temperatura é uma nova evolução dos reatores nucleares refrigerados a gás. Este tipo de reator nuclear é desenvolvido na RF alemã, no Reino Unido e nos Estados Unidos.

As diferenças em relação ao reator nuclear de gás avançado (AGR) são principalmente três:

  • o hélio é substituído por dióxido de carbono como refrigerante,
  • Combustível de cerâmica é usado em vez de combustível metálico
  • as temperaturas do gás com o qual ele funciona são muito mais altas.

Reator nuclear de água pesada (HWR)

O reator nuclear de água pesada é um tipo de reator nuclear desenvolvido principalmente no Canadá.

O combustível usado para obter energia nuclear é o urânio natural, na forma de óxido, que é introduzido em tubos de liga de zircônio.

A principal característica do reator de água pesada é o uso de água pesada como moderador e refrigerante.

Em seu desenho mais comum, os tubos de combustível nuclear são introduzidos em um recipiente contendo o moderador. O refrigerante é mantido sob pressão para manter seu estado líquido. O vapor é produzido em trocadores de calor através dos quais circula água leve.

Reator reprodutor rápido (FBR)

Existem vários projetos de reatores FBR, com russo e francês sendo os mais avançados.

A principal característica dos reatores rápidos é que eles não usam moderadores de nêutrons e que, portanto, a maioria das fissões nucleares é produzida por nêutrons rápidos.

O núcleo desse tipo de reator nuclear consiste em uma zona fissionável, cercada por uma zona fértil na qual o urânio natural é transformado em plutônio. O ciclo do urânio 233-thorium também pode ser usado.

O refrigerante é sódio líquido, o vapor é produzido em trocadores de calor. Seu nome "player" é porque na região fértil maior quantidade de material físsil do que consome o reator em operação, ou seja, mais novo combustível do que é gasto ocorre.

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Referências

CCHEN - Tipos de Reactores Nucleares

Última revisão: 14 de fevereiro de 2019