reator nuclear

Introdução
Designa-se por reator nuclear toda a instalação na qual é mantida e controlada uma reação de fissão nuclear em cadeia com a finalidade de produzir energia elétrica.
Foi em Chicago, a 2 de dezembro de 1942, que o físico italiano Enrico Fermi conseguiu a primeira produção de energia atómica através da reação em cadeia, durante a fissão do urânio, num reator nuclear.
Com esta descoberta a tecnologia nuclear conheceu um grande avanço e desenvolvimento.
O reator usado por Fermi utilizou como combustível 4 toneladas de urânio e 50 toneladas de óxido de urânio, além de 400 toneladas da mais pura grafite como moderador.
Já em Leipzig, em 1941, se tinha construído o primeiro reator experimental alemão, mas não se tinha conseguido levá-lo ao estado crítico (colocar o reator a funcionar).
Após a Segunda Guerra Mundial, inicialmente não foi dada grande atenção ao uso civil da energia nuclear. Só em 1954, é que a URSS pôs em marcha o primeiro reator nuclear para uso pacífico.
Em 1956 construiu-se o primeiro grande reator europeu em Calder Hall no Reino Unido.
Hoje em dia, à escala mundial existem mais de 400 unidades produtoras de energia nuclear com uma potência aproximada de 311 000 MW (megawatt). Prevê-se que no ano 2005 esteja instalada uma potência de 500 000 MW, sendo a percentagem da contribuição da energia nuclear para a capacidade elétrica total instalada de 15%.
Os reatores nucleares têm como desvantagens os problemas relacionados com os resíduos radioativos, os elevados custos de construção, a grande potência requerida para que sejam rentáveis e as enormes exigências no que diz respeito à segurança.
Constituição do reator nuclear
A fissão nuclear é o princípio físico em que se baseia o funcionamento de um reator nuclear.
Este é constituído essencialmente pelo núcleo, que contêm o combustível nuclear, o moderador, os absorventes e o refrigerante primário.
Os combustíveis usados são o urânio natural ou enriquecido e o plutónio. Só o urânio-235 aparece na Natureza como 1 parte em 140 partes de urânio natural. O urânio-233 e o plutónio-239 têm de ser produzidos artificialmente.
O moderador é normalmente constituído por água, água pesada, grafite e berílio, e tem como função controlar a reação nuclear em cadeia, através da introdução das chamadas barras de comando (elementos feitos de cádmio, boro, háfnio, entre outros).
Estas barras absorvem os neutrões e são colocadas entre os módulos de combustível, de modo a permitir que a reação em cadeia se desenvolva exatamente como se programou, atingindo-se o chamado estado crítico do reator. Retirando e introduzindo as barras é possível regular de forma precisa a produção de energia a partir do estado crítico.
No entanto, a função mais importante das barras é a de fazer cessar subitamente as reações nucleares em caso de perigo. Para tal, introduzem-se no reator todas as barras o mais rapidamente possível e interrompe-se assim, de forma instantânea, a reação de fissão em cadeia do urânio.
O refrigerante primário extrai e transporta o calor gerado no interior do núcleo até ao refrigerante secundário que, por sua vez, o faz chegar à turbina que acionará o gerador.
No refrigerante primário utilizam-se normalmente substâncias como a água, o dióxido de carbono, o hélio, o sódio líquido, entre outros.
Aproveitamento de energia
Na atualidade conhecem-se várias técnicas para aproveitar a energia da fissão nuclear em reatores dos mais diversos tipos. Consoante as condições de funcionamento do combustível, do moderador, do refrigerante ou a sua finalidade, os reatores podem ser consideravelmente diferentes.
Assim, os reatores de água normal (leve) (LWR - Light water reator) são os de uso mais frequente. Funcionam com urânio ligeiramente enriquecido e água normal como moderador.
O moderador serve ao mesmo tempo como refrigerante para extrair do reator a energia térmica do processo. Isto pode realizar-se em dois reatores diferentes:
No reator de água sob pressão (PWR - Pressurised water reator) o moderador está submetido a uma pressão operacional de 120 a 160 bar. Por este motivo a água não se pode evaporar, nem mesmo à alta temperatura operacional que se faz sentir. Dentro de um circuito de refrigeração, a água é bombeada por um intercomunicador de calor onde é gerado o vapor que faz acionar as turbinas.
No reator de água em ebulição (BWR - Boiling water reator) cuja pressão operacional é de cerca de 70 bar, a água pode evaporar-se à temperatura operacional e utilizar-se diretamente para fazer acionar as turbinas.
Outro tipo de reator é o designado reator a alta temperatura (HTR - High temperature reator). A temperatura operacional neste tipo de reatores é de 600 a 900 ºC e a pressão atinge 170 bar. A temperaturas tão elevadas, o combustível apresenta-se numa forma diferente das barras de combustível normais.
Graças à elevada temperatura operacional do HTR, este atinge um maior rendimento que o LWR. Isto deve-se em parte ao facto de que, sendo a temperatura do vapor propulsor superior a 500 ºC, se podem utilizar turbinas modernas de elevado rendimento.
Um HTR apresenta ainda a vantagem de aproveitar melhor o combustível de urânio do que os outros reatores convencionais. Por esta razão um HTR produz apenas uma décima parte de resíduos radioativos.
Como inconvenientes regra geral é maior e mais caro que um LWR.