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Com o aumento da demanda por eletricidade associada à inteligência artificial generativa, a energia nuclear voltou a ganhar destaque como alternativa para suprir os altos gastos energéticos da tecnologia de maneira limpa e segura. No centro desta estratégia está o reator nuclear PWR, um dos mais usados em todo o mundo.
Essencial para o funcionamento das usinas nucleares, o equipamento também é encontrado em centros de pesquisa e na propulsão naval, entre outras áreas. Apesar das várias utilidades, ele gera medo devido a desastres nucleares como os de Chernobyl e Fukushima.
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O que é um reator nuclear?
Uma “grande caldeira usada para aquecer água e produzir enormes quantidades de eletricidade com baixa emissão de carbono”. Assim, a Associação Nuclear Mundial define o que é um reator nuclear, que pode ter diferentes tamanhos e formatos, bem como uma ampla gama de combustíveis.
A instalação é projetada para controlar, de maneira segura e eficiente, a fissão nuclear, reação que libera energia na forma de calor. Este, por sua vez, é utilizado na geração de energia elétrica, na propulsão de submarinos nucleares e porta-aviões, entre outras coisas.
Os reatores podem funcionar por meses e até anos sem interrupção, independente do clima ou estação do ano. Outra vantagem é a operação a longo prazo, com a vida útil desses equipamentos chegando a 80 anos em determinados casos.
Como acontece a fissão nuclear
Para liberar energia, é realizada a divisão de átomos, lançando um nêutron contra um átomo pesado e instável como urânio ou plutônio, dividindo-o em dois menores. Isso também gera nêutrons adicionais que atingem outros átomos e levam a mais divisões, iniciando uma reação em cadeia.
A partir daí, a fissão libera grandes quantidades de energia na forma de calor, removido do reator por meio de um fluido circulante, geralmente água. Esse calor é utilizado para gerar vapor.
Todo esse processo depende de elementos como o moderador (água ou grafite), que reduz a velocidade dos nêutrons para novas fissões. Já as barras de controle, de prata ou boro, absorvem nêutrons e possibilitam acelerar, desacelerar ou interromper a reação nuclear.
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Qual é o tipo de reator nuclear mais comum?
De acordo com a Associação Nuclear Mundial, existem mais de 300 reatores de água pressurizada (PWRs) em operação, globalmente, o que torna esse modelo o mais difundido. A quantidade representa entre 65% e 70% das instalações comerciais.
Criada no Laboratório Nacional de Oak Ridge (Estados Unidos), a tecnologia surgiu com a finalidade de propulsão naval. O primeiro reator nuclear PWR foi lançado em 1953 e, no ano seguinte, estreava no submarino USS Nautilus.
O reator de água pressurizada também foi integrado a navios de superfície e, ainda na década de 1950, evoluiu para o setor comercial. A Usina Nuclear de Yankee Rowe, em Massachusetts (EUA), foi uma das pioneiras no uso do modelo.
Como funciona o reator PWR
Nos reatores nucleares PWR, a água é usada como refrigerante e moderador de nêutrons. A arquitetura inclui dois circuitos, um destinado à refrigeração primária, onde a água sob alta pressão é bombeada para o núcleo, aquecida pela energia da fissão e transportada até o gerador de vapor.
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Já o segundo circuito, operando em uma pressão menor, produz vapor a temperaturas mais baixas que é impulsionado para a turbina geradora, fazendo-a girar. Os vapores não utilizados são condensados na água e bombeados para fora, permitindo o reaquecimento e o retorno ao início do ciclo.
Por que ele é o mais utilizado
Os reatores PWR modernos seguem como a tecnologia mais popular devido à segurança e confiabilidade. A técnica com circuitos separados reduz a chance de contaminação da água por material radioativo no circuito principal.
Além disso, o mecanismo tem operação fácil e simplificada em relação à produção de energia, oferecendo maior controle sobre a reação nuclear. Por outro lado, também traz desvantagens.
Há a exigência de tubulações robustas para manter a pressão, encarecendo a construção, e o reabastecimento depende da desativação temporária do reator. Outro detalhe é que o ácido bórico pode levar à corrosão dos metais da estrutura.
Como um reator nuclear gera eletricidade?
A produção de energia acontece por meio da fissão nuclear. O processo é realizado no núcleo do reator, onde as pastilhas de urânio enriquecido ficam dispostas em longas varetas de combustível nuclear.
Durante a divisão dos átomos, uma enorme quantidade de calor é liberada, junto com mais nêutrons, provocando novas fissões de maneira contínua. Para estabilizar essa reação em cadeia e mantê-la segura, são usadas barras de controle com boro ou cádmio para absorver os nêutrons.
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Produção de calor e vapor
Na etapa seguinte, o calor da fissão aquece a água que passa ao redor das varetas. Transferida para o circuito secundário, ela se transforma em vapor de alta pressão que empurra as pás de uma turbina conectada a um gerador elétrico.
Esse último equipamento é responsável por converter a energia mecânica do movimento da turbina em eletricidade. Assim, ela pode ser usada para o abastecimento de cidades e outras finalidades.
O papel do sistema de resfriamento
A operação, em que 1 g de urânio enriquecido pode liberar uma quantidade de energia equivalente à produzida por meio da queima de milhares de toneladas de carvão inclui, ainda, a etapa de resfriamento. Ela acontece após o vapor mover a turbina.
Levado para as torres de resfriamento, o vapor passa pelo processo de condensação, se transformando novamente em líquido, permitindo reiniciar o ciclo. Essa fase também evita o superaquecimento do núcleo, reduzindo riscos de acidentes.
Além do PWR: principais tipos de reatores nucleares?
Agora que você sabe qual é o reator mais comum, que tal conhecer outros tipos de tecnologia envolvidos na produção de energia?
PWR, BWR e outros modelos
Segundo a Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA), os reatores são classificados pelo tipo de fluido e o moderador utilizados ou ainda pela finalidade. As principais versões, além do modelo PWR, são:
- Reator de água fervente (BWR): utiliza água a uma pressão mais baixa que no reator PWR, permitindo que ela entre em ebulição no núcleo para gerar o vapor;
- Reator de água pesada pressurizada (CANDU): tem o deutério (água pesada), um isótopo do hidrogênio, como refrigerante, e usa urânio natural como combustível em vez do enriquecido;
- Reator refrigerado a gás (AGR): projetado e operado no Reino Unido, traz dióxido de carbono como refrigerante e grafite como moderador;
- Reator de grafite para água (RBMK): versão soviética da tecnologia e envolvido no acidente nuclear de Chernobyl, tem água como refrigerante, moderador de grafite e urânio enriquecido a 2%;
- Reator de produção rápida: usa nêutrons de alta energia para converter o urânio natural em plutônio e gerar calor, diferenciando-se por reduzir desperdícios.
Energia nuclear é realmente segura?
Acidentes nucleares como os de Three Mile Island (1979), Chernobyl (1986) e Fukushima (2011) são lembrados quando se fala em energia nuclear. Mas de modo geral, cientistas a consideram como uma das formas mais seguras de gerar eletricidade.
Para garantir a segurança nuclear, as usinas têm barreiras físicas que evitam vazamento de materiais radioativos, incluindo pesadas estruturas de concreto e aço. Elas também usam sensores para detectar anormalidades e efetuar desligamento automático e são construídas a partir de regulamentação rigorosa.
A energia nuclear é apontada, ainda, como uma das formas mais limpas de gerar eletricidade, mas a sua produção envolve riscos e desafios. Os altos custos de construção e manutenção e os rejeitos radioativos são alguns deles.
Quanto ao lixo nuclear, a Associação Nuclear Mundial ressalta que a produção é baixa se comparada a outros tipos de indústria. Além disso, projetos modernos têm facilitado o descarte correto e o armazenamento seguro, bem como a reciclagem para uso parcial no abastecimento dos reatores.
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