Uma usina nuclear é uma instalação de geração elétrica que utiliza a energia liberada pelas reações nucleares para produzir eletricidade. Em essência, é um tipo de usina termelétrica que utiliza a fissão nuclear como fonte de calor, em vez de combustíveis fósseis como carvão ou gás.
O funcionamento básico de uma usina nuclear compartilha princípios com outras usinas termelétricas: o calor é gerado a partir de uma fonte de energia, que é utilizada para produzir vapor e acionar uma turbina conectada a um gerador elétrico.
O que é uma usina nuclear?
Uma usina nuclear, também conhecida como usina nuclear, é um tipo de usina termelétrica cuja fonte de energia provém de reações nucleares, especificamente do processo de fissão nuclear.
Essas instalações são projetadas para produzir constantemente grandes quantidades de eletricidade, aproveitando a enorme quantidade de energia contida no núcleo dos átomos.
Embora seu funcionamento seja semelhante ao de outras usinas termelétricas - onde uma fonte de calor é utilizada para gerar vapor e acionar uma turbina conectada a um gerador elétrico - as usinas nucleares se diferenciam pelo uso de materiais radioativos como o urânio-235 ou o plutônio -239 como combustível.
Para que serve uma usina nuclear?
O principal objetivo de uma usina nuclear é produzir eletricidade de forma eficiente e contínua. Através do processo de fissão nuclear, estas instalações geram calor que é utilizado para produzir vapor, que depois aciona turbinas ligadas a geradores elétricos para gerar eletricidade.
Outra finalidade das usinas nucleares é a redução das emissões de gases de efeito estufa. As centrais nucleares emitem quantidades muito baixas de dióxido de carbono (CO 2 ) durante a produção de electricidade, em comparação com as centrais eléctricas que queimam combustíveis fósseis, como o carvão e o gás natural.
Além da geração de eletricidade, algumas usinas nucleares são utilizadas para pesquisas científicas e médicas. Por exemplo, produzem isótopos radioativos utilizados na medicina para diagnóstico e tratamento de doenças, bem como para pesquisas em física nuclear.
Partes de uma usina nuclear
As usinas nucleares podem ser divididas em diferentes componentes. Os elementos mais importantes de uma usina atômica são os seguintes:
Reator nuclear
O reator é o componente central da usina, onde ocorre a reação de fissão. Suas principais partes são:
- Combustível nuclear : Urânio geralmente enriquecido na forma de barras de combustível.
- Moderador : Substância que reduz a velocidade dos nêutrons para manter a reação em cadeia. Geralmente é água leve, água pesada ou grafite.
- Hastes de controle : Mecanismos que absorvem nêutrons para regular ou interromper a reação nuclear.
- Refrigerante : Fluido que extrai o calor gerado no reator.
gerador de vapor
Nos reatores de água pressurizada (PWR), este componente transfere calor do refrigerante primário para o circuito secundário, onde é gerado vapor para acionar as turbinas.
Turbina e gerador
Esses são os elementos que convertem energia mecânica em energia elétrica.
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Turbina : Converte a energia térmica do vapor em energia mecânica.
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Gerador : Transforma energia mecânica em eletricidade utilizável.
Condensador
O condensador resfria o vapor utilizado nas turbinas, convertendo-o novamente em água para recirculação.
Sistema de refrigeração
Este sistema garante a eliminação do calor residual do reator e condensador, utilizando torres de resfriamento ou corpos d’água naturais.
Sistemas de segurança
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Contenção : Estrutura que envolve o reator para evitar a liberação de material radioativo no meio ambiente.
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Sistema de parada rápida : Permite que as hastes de controle sejam inseridas rapidamente para interromper a reação.
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Sistemas redundantes : Projetados para garantir operação segura em caso de falhas.
Operação básica
A operação de uma usina nuclear pode ser dividida em várias etapas, todas destinadas a converter a energia liberada pela fissão nuclear em eletricidade de forma eficiente e controlada:
1. Reação nuclear no reator
O reator é como o coração da usina. Esta parte é onde ocorre o processo mais importante: o combustível nuclear , como o urânio, passa por um processo denominado fissão nuclear . Basicamente, dividimos átomos grandes em pedaços menores. E o que acontece quando quebramos esses átomos? Segundo o que Einstein estabeleceu, eles liberam uma grande quantidade de calor.
2. Transferência de calor
O calor gerado no reator é transferido para um fluido de resfriamento (geralmente água) que circula dentro do reator. Este fluido é aquecido a temperaturas extremamente altas.
3. Geração de vapor
O fluido aquecido é utilizado para produzir vapor em um gerador de vapor (em reatores de água pressurizada) ou diretamente no reator (em reatores de água fervente). O vapor gerado possui alta energia cinética e é conduzido em direção às turbinas.
4. Movimento da turbina
O vapor de alta pressão move as pás de uma turbina, convertendo a energia térmica do vapor em energia mecânica.
5. Geração de eletricidade
A turbina é acoplada a um gerador elétrico, que transforma energia mecânica em eletricidade através do princípio da indução eletromagnética.
6. Condensação e recirculação
Após passar pelas turbinas, o vapor é resfriado e condensado em água por meio de um condensador. A água retorna ao ciclo para ser novamente aquecida, fechando o circuito.
Tipos de usinas nucleares
As usinas nucleares são classificadas de acordo com o tipo de reator que utilizam.
Existem diferentes tipos de reatores nucleares, em usinas destinadas à produção de eletricidade, todos são reatores de fissão. A ONU os classifica da seguinte forma:
- O reator de água pressurizada (PWR e VVER). Eles usam água de alta pressão para produzir vapor para 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 pesada pressurizada (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 em estado gasoso como refrigerante.
- O reator moderado a grafite e refrigerado a 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 é resfriado com sódio líquido. Eles estão em fase de protótipo e pesquisa.
- Reatores de sal fundido: São uma tecnologia em desenvolvimento que utiliza uma mistura de sal fundido como refrigerante e combustível.