Os reatores nucleares fazem parte de usinas nucleares. O objetivo de um reator é obter energia a partir da energia nuclear.
O uso mais comum desse tipo de reator é a produção de energia elétrica. Nos reatores nucleares, são geradas reações em cadeia de fissão (divisão de átomos de urânio) para produzir energia térmica. O restante da usina nuclear será responsável por utilizar essa energia para convertê-la em eletricidade.
As diferenças entre os diferentes tipos de usinas nucleares baseiam-se na forma como funciona o reator nuclear que eles usam para produzir eletricidade.
Os tipos mais comuns de reatores nucleares são os seguintes:
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Reator de água pressurizada (PWR)
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Reator de água fervente (BWR)
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Reator de grafite a gás urânio natural (GCR)
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Reator de gás avançado (AGR)
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Reator refrigerado a gás de temperatura elevada (HTGCR)
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Reator nuclear de água pesada (HWR)
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Reator Reprodutor Rápido (FBR)
Reator de água pressurizada (PWR)
O reator de água pressurizada é o reator nuclear mais utilizado no mundo junto com o reator de água fervente (BWR). Este reator foi desenvolvido principalmente nos Estados Unidos, RF Alemanha, França e Japão.
O combustível nuclear utilizado é o urânio enriquecido na forma de óxido. O urânio é um dos elementos mais instáveis da tabela periódica, tornando-o ideal para reações de fissão.
O moderador e refrigerante utilizado pode ser água ou grafite.
A energia térmica gerada pelo núcleo do reator é transportada pela água de resfriamento que circula em alta pressão até um trocador de calor. O reator baseia-se no princípio de que a água sob alta pressão pode evaporar sem atingir o ponto de ebulição.
No trocador o vapor esfria e condensa, retornando ao reator no estado líquido.
Na troca, o calor passa para um circuito secundário de água. A água do circuito secundário é convertida em vapor de alta pressão que será utilizado para acionar as turbinas a vapor. As turbinas fornecem energia mecânica para acionar o gerador elétrico e obter eletricidade.
Reator de água fervente (BWR)
O reator de água fervente (BWR) também é frequentemente usado. Tecnologicamente, foi desenvolvido principalmente nos Estados Unidos, na Suécia e na República Federal Alemã.
Neste tipo de reator nuclear, a água é usada como refrigerante e moderador de nêutrons.
O combustível nuclear utilizado é o urânio enriquecido na forma de óxido, pois facilita a geração de fissões nucleares.
A energia térmica gerada pelas reações em cadeia de fissão nuclear é usada para ferver 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 para repetir o ciclo.
Reator de grafite a gás urânio natural (GCR)
O reator natural de urânio-gás-grafite é um tipo de reator nuclear que utiliza urânio natural na forma metálica como combustível nuclear. O combustível é introduzido em tubos feitos de uma liga de magnésio chamada magnox.
O moderador de nêutrons usado é o grafite. O refrigerador térmico é a gás, especificamente dióxido de carbono (CO 2 ).
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 urânio-grafite.
As principais novidades são que o combustível nuclear, na forma de óxido de urânio enriquecido, é introduzido em tubos de aço inoxidável e que o vaso, feito de concreto protendido, contém em seu interior os trocadores de calor.
Reator refrigerado a gás de temperatura elevada (HTGCR)
O reator nuclear refrigerado a gás de temperatura elevada é uma nova evolução dos reatores nucleares refrigerados a gás.
As diferenças em relação ao reator de gás nuclear avançado (AGR) são principalmente três:
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O hélio é substituído por dióxido de carbono como refrigerante,
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combustível cerâmico é usado em vez de combustível metálico
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As temperaturas do gás com o qual trabalha 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. Uma variante deste reator é o reator nuclear CANDU , muito popular no Canadá.
O combustível utilizado para a obtenção da 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 projeto mais comum, os tubos de combustível nuclear são introduzidos em um recipiente que contém o moderador. O refrigerante é mantido sob pressão para manter seu estado líquido. O vapor é produzido em trocadores de calor por onde circula água leve.
Reator Reprodutor Rápido (FBR)
A principal característica dos reatores rápidos é que eles não utilizam moderador de nêutrons e, portanto, a maioria das fissões nucleares é produzida por nêutrons rápidos.
O núcleo deste tipo de reactor nuclear consiste numa zona físsil, rodeada por uma zona fértil na qual o urânio natural é transformado em plutónio. O ciclo do urânio 233-tório também pode ser usado.
O refrigerante é o sódio líquido, o vapor é produzido em trocadores de calor.
Outras formas de classificação
Os reatores nucleares podem ser classificados de acordo com diferentes critérios. Um dos critérios é a finalidade para a qual serão utilizados. Neste sentido distinguimos as seguintes finalidades:
- Civil: geração de eletricidade, medicina nuclear, usos industriais, etc.
- Militar: criação de armas militares ou como sistema de propulsão para veículos de guerra (submarinos militares, etc.)
- Pesquisa: Reatores de pesquisa nuclear que são utilizados para desenvolver tecnologia de energia nuclear em diversas áreas, tanto civis quanto militares.
Existem outras classificações dos tipos de reatores nucleares dependendo dos critérios utilizados. Entre os critérios mais comuns estão:
- Dependendo do combustível nuclear utilizado, encontramos reatores nucleares de urânio natural e reatores nucleares de urânio enriquecido. Outros reatores utilizam óxidos mistos de urânio e plutônio.
- De acordo com a velocidade dos nêutrons, ou seja, sua energia cinética, produzida nas reações de fissão nuclear: distinguem-se os reatores rápidos e os reatores térmicos.
- Dependendo do moderador utilizado, podem ser reatores nucleares de água pesada, água leve ou grafite.
- Dependendo do material utilizado como refrigerante: os materiais mais comuns são o gás (hélio ou dióxido de carbono) ou a água (leve ou pesada). Às vezes, esses materiais, ao mesmo tempo, também atuam como moderadores de nêutrons. Vapor de água, sais fundidos, ar ou metais líquidos também podem ser usados como refrigerante.
- Os reatores nucleares também podem ser distinguidos pelo tipo de reação nuclear: se são reações de fissão ou de fusão. Atualmente, todos os reatores nucleares em produção são reatores de fissão nuclear. O reator de fusão nuclear está em fase de pesquisa e desenvolvimento.