Fissão e Fusão Nuclear

Energia Nuclear

Energia nuclear é a energia que se encontra no interior do núcleo de um átomo. Existe uma enorme quantidade de energia nas ligações que mantém os átomos unidos.

A energia nuclear pode ser usada para originar eletricidade, porém, em primeiro lugar, essa energia deve ser liberada. Ela pode ser liberada dos átomos de duas maneiras: fusão e fissão nuclear.

Na fusão nuclear a energia é liberada quando os átomos são combinados ou fundidos para formar um átomo maior. É assim que o Sol produz energia.

Na fissão nuclear os átomos são divididos para formar átomos menores, liberando energia. Usinas nucleares utilizam a fisssão nucelar para produzir eletricidade.

Urânio – Um Combustível Nuclear

Um combustível largamente utilizado na fissão nuclear pelas usinas é o urânio. Embora seja um metal comum encontrado nas rochas do mundo inteiro, o urânio não é renovável. As usinas nucleares usam um certo tipo de urânio, o U – 235, como combustível, porque seus átomos podem ser separados com mais facilidade. Embora o urânio seja um elemento bastante comum, 100 vezes mais comum do que a prata, o U-235 é relativamente raro. Uma vez minerado, o U-235 deve ser extraído e processado antes que possa ser utilizado como combustível.

Durante a fissão nuclear, uma pequena partícula chamada nêutron atinge o átomo de urânio partindo-o e liberando uma grande quantidade de energia em forma de calor e radiação. Nesse processo, mais nêutrons são liberados bombardeando outros átomos de urânio e assim, o processo vai se repetindo, sendo chamado de reação em cadeia. 

Fission = Fissão

The Atom Splits = O átomo se divide

Lighter element = elemento mais leve

Energy = energia.

 

Usina Nuclear Gera Eletricidade

Nos Estados Unidos, as usinas nucleares contribuem com cerca de 19 % da energia total gerada, ou seja, um pouco mais da energia gerada nos estados da Califórnia, Texas e New York, os três estados mais populosos. Em 2007 existiam nesse país 66 usinas nucleares (compondo um total de 104 reatores nucleares).

A maior parte das usinas queimam combustível para gerar eletricidade, mas as usinas nucleares utilizam o calor fornecido durante a fissão como combustível. A fissão ocorre no interior do reator nuclear. No centro do reator existe um núcleo aonde fica contido o urânio em forma combustível.

O urânio combustível é formado de pelotas cerâmicas, que são mais ou menos do tamanho da ponta dos dedos, contudo cada uma delas é capaz de produzir uma quantidade de energia equivalente a 150 galões de óleo. Estas pelotas ricas em energia são empilhadas uma a uma dentro de tubos de metal de cerca de 4,0 metros de altura. Um conjunto dessas barras é chamada de matriz de combustível.

O processo de fissão gera calor dentro de um reator, assim como o carvão gera calor em uma caldeira e esse calor é usado para transformar a água em vapor que irá girar as enormes palhetas de uma turbina. Por sua vez, as turbinas acionarão geradores que produzirão eletricidade. Mais tarde, o vapor é transformado em água que é resfriada em uma estrutura separada da usina nuclear denominada torre de resfriamento. A água pode ser sempre reutilizada.

Tipos de Reatores

Assim como existem diferentes maneiras de se projetar e construir aviões e carros, os engenheiros têm desenvolvido diferentes tipos de usinas nucleares. Nos Estados Unidos, por exemplo são usados dois tipos: “boiling-water reactor (BWRs)” e o “pressurized-water reactors” (PWRs).

Reator do tipo BWR

Reator do tipo PWR

No BWR, a água aquecida pelo núcleo do reator transforma-se diretamente em vapor no interior do seu vaso e então usada para acionar o conjunto turbina - gerador.

No PWR, a água que passa pelo centro do reator é mantida sob pressão a fim de não se transformar em vapor. O vapor que irá acionar a turbina é gerado em um equipamento a parte, chamado de gerador de vapor. Um gerador de vapor é um enorme cilindro com centenas de tubos dentro dele através dos quais a água quente radioativa flui. Por fora desses tubos passa água não radioativa ou água limpa que ferve e transforma-se em vapor. A água limpa pode ser fornecida de várias fontes como oceanos, lagos ou rios. A água radioativa volta para o núcleo do reator, aonde é reaquecida a fim de retornar para o gerador de vapor. Nessa época, existiam 70 % desses reatores operando nos Estados Unidos.

Reatores nucleares são, basicamente, máquinas que contém e controlam as reações em cadeia, enquanto liberam calor de maneira controlada. Nas usinas elétricas, os reatores fornecem o calor necessário para transformar a água em vapor que irá acionar o conjunto turbina – gerador. A eletricidade é então conduzida por linhas de transmissão de alta voltagem, enquanto que as linhas de baixa voltagem entregam a eletricidade nas residências, escolas, hospitais, fábricas, escritórios, ferrovias, etc.

Esquema de uma usina nuclear

Componentes:

Pump = bomba

Pressurizing system = sistema pressurizador

Control = controle

Rods = tubos ou varetas

Backup cooling water = retorno da água resfriada

Fuel elemente = combustível

Heat = calor

Steam generator = gerador de vapor

Generator = gerador

Electricity = eletricidade

Turbine = turbina

Hot water = água quente

Cool water = água fria

Condenser = condensador

Cooling towers = torres de resfriamento

Reactor vessel = vaso do reator

water = água

Primary loop = primeira volta

Secundary loop = segunda volta

Energia Nuclear e Meio Ambiente

Comparado com a eletricidade gerada pela queima de combustíveis fósseis, a energia nuclear é considerada uma energia limpa, pois as usinas nucleares não poluem o ar (dióxido de carbono), a não ser por uma pequena quantidade de emissões resultante do processamento de urânio usado nos reatores nucleares.

Assim como qualquer processo industrial, as usinas nucleares também geram dejetos: combustíveis usados, dejetos radioativos e calor. Combustíveis usados e outros dejetos radioativos constituem a preocupação central com relação ao meio ambiente. A maior parte do lixo nuclear tem um baixo índice de radioatividade. Ele é composto de ferramentas comuns, roupas protetoras, roupas gastas e itens descartáveis que foram contaminados com pequena quantidade de poeira ou partícula radioativa. Tais materiais estão sujeitos a leis que regulamentam o seu descarte a fim de que não entrem em contato com o meio ambiente.

No entanto, o combustível utilizado é altamente radioativo e inicialmente, deve ser armazenado em grandes reservatórios especiais parecidos com grandes piscinas (a água esfria o combustível e atua como um escudo, isolando a radiação) ou também pode ser armazenado em grandes containers secos. Atualmente estes combustíveis também são armazenados em instalações especialmente projetadas com revestimentos de concreto ou aço sendo refrigerados pelo ar.

Container para lixo nuclear.

Lixo nuclear sendo transportado.