Reator nuclear: diferenças entre revisões
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Um reator produz grandes quantidades de calor e intensas correntes de [[radiação neutrónica]] e [[radiação gama|gama]]. Ambas são mortais para todas as formas de vida mesmo em quantidades pequenas, causando [[doença]]s, [[leucemia]] e, por fim, a [[morte]]. O reactor deve estar rodeado de um espesso escudo de [[cimento]] e [[aço]], para evitar fugas prejudiciais de radiação. As matérias radioactivas são manejadas por controle remoto e armazenadas em contentores de [[chumbo]], um excelente escudo contra a radiação.
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=== Reatores de fissão ===
[[Ficheiro:Thermal reactor diagram-pt.png|thumb|300px|right|Varetas de controlo no núcleo, de materiais absorventes de [[nêutron]]s, permitem regular o ritmo da fissão. Estas serão metidas ou retiradas consoante a necessidade de estabilização.]]▼
▲[[Ficheiro:Thermal reactor diagram-pt.png|thumb|300px|right|[[Hastes de controle|Varetas de controlo]] no núcleo, de materiais absorventes de [[nêutron]]s, permitem regular o ritmo da fissão. Estas serão metidas ou retiradas consoante a necessidade de estabilização.]]
Num '''reactor nuclear de [[fissão nuclear|fissão]]''' utiliza-se o [[urânio]] natural, na maior parte dos casos - uma mistura de U-238 e de U-235 - por vezes enriquecido com extra U-235. O U-238 tem tendência para absorver os {{PBPE2|nêutrons|neutrões}} de alta velocidade originados pela divisão dos átomos U-235, mas não absorve nêutrons lentos tão rapidamente. Assim, num reator é incluída uma substância moderadora que, juntamente com o urânio, abranda os nêutrons. O U-238, por sua vez, já não os absorve tão facilmente e a fissão continua.▼
▲Num '''reactor nuclear de [[fissão nuclear|fissão]]''' utiliza-se o [[urânio]] natural, na maior parte dos casos - uma mistura de U-238 e de U-235 - por vezes enriquecido com extra U-235. O U-238 tem tendência para absorver os {{PBPE2|nêutrons|neutrões}} de alta velocidade originados pela divisão dos átomos U-235, mas não absorve nêutrons lentos tão rapidamente. Assim, num reator é incluída uma substância moderadora nuclear que, juntamente com o urânio, abranda os nêutrons. O U-238, por sua vez, já não os absorve tão facilmente e a fissão continua.
Um reator nuclear de fissão apresenta, essencialmente, as seguintes partes:
# '''[[Combustível nuclear]]''': [[isótopo]] físsil e/ou fértil (aquele que pode ser convertido em físsil por [[ativação neutrônica]]): [[Urânio
# '''[[Moderador nuclear]]''': [[água leve]], [[água pesada]], [[hélio]], [[grafite]], [[sódio]] metálico: cumprem a função de reduzir a velocidade dos [[neutrões]] produzidos na fissão, para que possam atingir outros átomos fissionáveis mantendo a reação.
# '''Refrigerador''': [[água leve]], [[água pesada]], [[dióxido de carbono]], [[hélio]], [[sódio]] metálico conduzem o calor produzido durante o processo até a turbina geradora de [[Electricidade|eletricidade]] ou o propulsor.
# '''Refletor''' ([[água leve]], [[água pesada]], [[grafite]], [[urânio]]): reduz o escapamento de nêutrons aumentando a eficiência do reator.
# '''Blindagem''' ([[concreto]], [[chumbo]], [[aço]], [[água leve]]): evita o escapamento de [[radiação gama]] e nêutrons rápidos.
# '''Material de controlo''' ([[cádmio]] ou [[boro]]): finaliza a reação em cadeia, pois ambos são óptimos absorventes de nêutrons. Geralmente são usados na forma de barras (de aço borado, por exemplo) ou bem dissolvidos no refrigerador.
# '''Elementos de Segurança''': todas as centrais nucleares de fissão apresentam múltiplos sistemas de segurança ativos (que respondem a sinais elétricos) e passivos (que atuam de forma natural como a gravidade, por exemplo). A contenção de {{PEPB2|betão|concreto}}
O núcleo do reactor é construído dentro de um forte recipiente de [[aço]] que contém varetas de combustível feitas de materiais cindíveis (físseis) metidos dentro de tubos. Essas varetas produzem calor enquanto o combustível sofre a cisão (fissão). [[Hastes de controle|Varetas de controlo]], geralmente de [[boro]] ou [[cádmio]] - para absorver facilmente os nêutrons -, são introduzidas e retiradas do núcleo, conforme a necessidade de estabilizar a reacção, variando a corrente de neutrões no núcleo, controlando o ritmo de cisão e, portanto, o calor produzido. As varetas estão rodeadas por um moderador, que reduz a velocidade a que os [[nêutron]]s são produzidos pelo combustível. Percorrendo o núcleo corre um refrigerante, líquido ou gasoso, que, ao ser aquecido pelo calor liberado, gera [[vapor de água]] que será canalizado para [[
==== Tipos de reatores de fissão ====
[[Ficheiro:Wwer-1000-scheme.png|thumb|WWER-1000 (''Water-Water Energetic Reactor'', força elétrica de 1000 [[megawatt]]) é um reactor russo de energia nuclear do tipo '''PWR''']]▼
Atualmente existem vários tipos de reatores nucleares de fissão:
'''LWR''' - ''Light Water Reactors - ''Reatores de Água Leve: Utilizam como refrigerante e moderador nuclear a [[água leve]] (água comum) e, como combustível, o [[urânio enriquecido]].
* Os reatores [[BWR]] (''Boiling Water Reactor'' ou reator de água em ebulição), que usam o sistema de refrigeração com a água sob a forma de vapor.
* Os reatores [[Reator de água pressurizada|PWR]] (''Pressure Water Reactor'' ou reatores de água a pressão), estes últimos considerados atualmente como padrão. Em [[2001]] existiam 345 em funcionamento.
'''[[Candu|CANDU]]''' - ''Canada Deuterium Uranium'': Utilizam como moderador e refrigerante a [[água pesada]] (cuja [[molécula]] é composta por dois átomos de [[deutério]] e um átomo de [[oxigênio]]). Como combustível, usam [[urânio]] comum. Existiam 34 em operação em 2001. Está em estudo a produção do ACR (''Advanced CANDU Reactor''), o qual se utiliza de água leve como substância refrigerante, e urânio levemente enriquecido para combustível.▼
▲Utilizam como moderador e refrigerante a [[água pesada]] (cuja [[molécula]] é composta por dois átomos de [[deutério]] e um átomo de [[oxigênio]]). Como combustível, usam [[urânio]] comum. Existiam 34 em operação em 2001. Está em estudo a produção do ACR (''Advanced CANDU Reactor''), o qual se utiliza de água leve como substância refrigerante, e urânio levemente enriquecido para combustível.
'''FBR''' - ''Fast Breeder Reactor'': Utilizam [[nêutron]]s rápidos no lugar de térmicos para o processo da fissão. Como combustível utilizam [[plutônio]] e, como refrigerante, [[sódio]] líquido. Este reator não necessita de moderador. Em 2001 havia apenas quatro deles em operação .▼
▲Utilizam [[nêutron]]s rápidos no lugar de térmicos para o processo da fissão. Como combustível utilizam [[plutônio]] e, como refrigerante, [[sódio]] líquido. Este reator não necessita de moderador. Em 2001 havia apenas quatro deles em operação .
'''HTGR''' - ''High Temperature Gás-cooled Reactor'': Usa uma mistura de [[tório]] e [[urânio]] como combustível. Como refrigerante, utiliza o [[hélio]] e, como moderador, [[grafite]]. Existiam 34 em funcionamento em 2001.
'''RBMK''' - ''Reaktor Bolshoy Moshchnosty Kanalny'': Sua principal função é a produção de [[plutônio]], e como subproduto
▲Sua principal função é a produção de [[plutônio]], e como subproduto gera [[Electricidade|eletricidade]]. Utiliza [[grafite]] como moderador, água como refrigerante e urânio enriquecido como combustível. Pode recarregar-se durante o funcionamento. Apresenta um coeficiente de reatividade positivo. Em 2001, existiam 14 desses reatores em funcionamento .
'''ADS''' - ''Accelerator Driven System'':
Utiliza uma [[massa subcrítica]] de [[tório]]. A fissão é produzida pela introdução de nêutrons no reator de partículas através de um [[acelerador de partículas]]. Ainda se encontra em fase de experimentação, e uma de suas funções fundamentais será a eliminação de [[Resíduo radioativo|resíduos nucleares]] produzidos em outros reatores de fissão.
{| class="wikitable"
== Produção de combustível ==▼
|[[Imagem:BWR nuclear power plant animation esp.ogv|x180px]]
|[[Imagem:PWR nuclear power plant animation.ogv|x180px]]
Alguns tipos de reatores podem efetivamente produzir mais combustível que aquele que consomem. Trata-se do '''reactor rápido'''. Não tem moderador e o seu combustível é altamente enriquecido: [[urânio]] ou [[plutônio]]. O núcleo é pequeno e a [[reação em cadeia]] processa-se rapidamente, produzindo maiores quantidades de calor do que nos outros reatores «termais». São produzidas grandes quantidades de nêutrons, imediatamente absorvidos por um cobertor de urânio 238 colocado em redor do núcleo. Isto não causa cisão no urânio, mas o converte em plutônio 239, que pode depois ser separado e utilizado como combustível no reator rápido. Desta maneira, o reactor rápido produz combustível à medida que o consome. Convertendo urânio 238 não cindível (fissionável) num combustível útil, o reator rápido poderia prolongar as reservas de combustível nuclear do mundo em cerca de sessenta vezes.▼
|[[Imagem:Wwer-1000-scheme.png|x180px]]
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! Funcionamento de um reator do tipo BWR ...
! ... e de um reator do tipo PWR.
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{{Principal|Stellarator|Tokamak}}
{{Mais informações|Física de plasmas|Foguete de fusão|Wendelstein 7-X}}
Instalação destinada para a produção de energia através da [[fusão nuclear]]. A pesquisa neste campo existe há mais de 50 anos e já, há vários anos, tem sido possível produzir uma reação de fusão nuclear controlada num vaso de contenção. Não se tem conseguido ainda, entretanto, manter uma reação de fusão controlada até atingir o ponto de "''breakeven''" (ou seja uma situação na qual a quantidade de energia fornecida para iniciar e manter a reação seja igual ou menor que a quantidade de energia liberada pela reação assim produzida). o processo é caracterizado por grande liberação de energia.
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Basicamente, então, uma das maiores dificuldades é a obtenção de uma enorme pressão e temperatura que o processo requer, as quais são encontradas, na [[natureza]], somente no interior de uma [[estrela]]. Outro problema é que a utilização de muitos dos possíveis combustíveis (inclusive o D-T) resulta na emissão de [[nêutron]]s pelo [[plasma]] durante fusão, os quais bombardeiam os componentes internos do reator, tornado-os radioativos. Para se conseguir a fusão é necessária mais do que uma alta temperatura: tem de existir plasma suficiente para que os núcleos se encontrem e se fundam, e a temperatura elevada tem de ser produzida por tempo suficiente para que isso aconteça. Porém, a combinação certa de todos estes factores mostra-se, até agora, impossível de alcançar.
Ao longo dos últimos anos, vários grupos de [[engenheiro]]s e [[cientista]]s têm se dedicado ao desenvolvimento de novas [[ligas metálicas]], cujas composições químicas são criteriosamente especificados para somente incluir elementos que formarão isótopos de [[meia-vida]] curta, sob este bombardeamento num reator (materiais de baixa ativação). Desta forma pretende-se tornar factível projetar componentes com
{| class="wikitable"
|[[Imagem:DMM 1988-643 Fusionsexperiment Wendelstein-IIa.jpg|x220px]]
|[[Imagem:U.S. Department of Energy - Science - 114 003 003 (9939887676).jpg|x220px]]
|[[Imagem:Animated D-T fusion.gif|x220px]]
|-
! Stellarator
! [[Tokamak esférico]]
! Reação de fusão nuclear D-T
|}
Alguns pesquisadores já chegaram a caracterizar vários dos aspectos mais críticos na aplicação prática, em serviço real, de tais matérias como, por exemplo, conformabilidade, soldabilidade e resistência à fluência conforme apresentado no livro "Investigations of the Formability, Weldability and Creep Resistance of Some Potential Low-activation Austenitic Stainless Steels for Fusion Reactor Applications (ISBN 0-85311-148-0): A.H. Bott, G.J. Butterworth, [[F. B. Pickering]]".
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Atualmente existem duas linhas de investigação, o confinamento inercial e o confinamento magnético:
'''[[Confinamento inercial]]:''' Consiste em conter a fusão mediante o impulso de partículas ou de raios [[laser]] projetados contra as partículas do combustível, que provocam sua ignição instantânea.
'''[[Confinamento magnético]]:''' Consiste em manter o material que irá fundir num [[campo magnético]] enquanto se tenta alcançar a temperatura e pressão necessárias. Uma forte corrente eléctrica passa através do hidrogénio para o aquecer e formar um plasma, enquanto um campo magnético comprime o plasma e o impede de tocar nas paredes. Mesmo que toque no recipiente, não existe perigo, já que só são aquecidas quantidades muito pequenas de hidrogénio; as paredes arrefecem simplesmente o plasma mais do que o plasma aquece as paredes.
Os primeiros modelos magnéticos, [[
Os engenheiros [[
Embora o maior (2004) reator deste tipo, o [[JET]] [http://www.jet.efda.org/] ainda não tenha atingido a temperatura (1 milhão de graus) e a pressão necessárias para a manutenção da reação, em 1997 este reator experimental, de facto, atingiu um pico de potência de fusão de 16MWs, ainda um recorde mundial (2004). A mesma experiência alcançou um valor de Q=0,7. (Q é a razão entre a energia gerada por esta reação e a potência fornecida para manter a fusão. Uma reação auto-sustentável requer Q>1).
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Também existe uma linha de pesquisa nos EUA, o [[NIF]] ([[National Ignition Facility]]), que busca através de um confinamento inercial gerado por 192 lasers de alta potência obter uma fusão nuclear com Q>1.
▲== Produção de combustível ==
{{Principal|Ciclo do Combustível Nuclear|Combustível nuclear|Reprocessamento nuclear}}
▲Alguns tipos de reatores podem efetivamente produzir mais combustível que aquele que consomem. Trata-se do '''reactor rápido'''. Não tem [[moderador nuclear]] e o seu combustível é altamente enriquecido: [[urânio]] ou [[plutônio]]. O núcleo é pequeno e a [[reação em cadeia]] processa-se rapidamente, produzindo maiores quantidades de calor do que nos outros reatores
== Ver também ==
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