Reator nuclear: diferenças entre revisões
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=== Fissão ===
Quando um grande [[núcleo atômico]] [[físsil]] como o [[urânio-235]] ou [[plutônio-239]] absorve um nêutron, ele pode sofrer fissão nuclear. O núcleo pesado se divide em dois ou mais núcleos mais leves (os produtos d fissão), liberando [[energia cinética]], [[raios gama]] e [[nêutron livre|nêutrons livres]]. Uma parte desses nêutrons livres pode depois ser absorvida por outros átomos físseis e desencadear novos eventos de fissão posteriormente, que liberam mais energia. Isso é conhecido como [[reação em cadeia]]. Um desses eventos dentre os vários possíveis é:
<math>^{235}U+n\quad\rightarrow\quad ^{92}K_r+^{142}B_a+3_n+179,4\;MeV</math>
Para controlar essas reações em cadeia [[absorvedor de nêutron|absorvedores de nêutrons]] e [[moderador de nêutron|moderadores de nêutrons]] são usados; eles podem mudar a porção de nêutrons que irá causar mais fissão.<ref name="DOE HAND"/> Reatores nucelares geralmente tem sistemas automáticos e manuais para encerrar a reação de fissão se o sistema de monitoramento detectar condições perigosas.
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== Tipos de reatores de fissão ==
[[Ficheiro:Pulstar2.jpg|thumb|upright|Reator nuclear de pesquisa do tipo piscina PULSTAR da [[Universidade Estadual da Carolina do Norte]], com potência de 1 MW e combustível feito de pelotas de dióxido de urânio ('''UO<sub>2</sub>''')]]
Reatores nucleares são classificados por vários métodos:
====Classificação por tipo de fissão nuclear====
=====Fissão nuclear=====
Todos os reatores nucleares comerciais em operação são baseados na fissão nuclear. Eles geralmente usam [[urânio]] e o seu produto, o [[plutônio]] como [[combustível nuclear]], o [[ciclo do tório]] também é possível. Reatores de fissão podem ser dividido grosseiramente em duas classes, dependendo da energia dos nêutrons que sustentam a reação em cadeia da fissão.<ref name=IPEN/>
*[[Reator térmico|Reatores térmicos]]: o tipo mais comum de reator nuclear, usam nêutrons desacelerados ou [[nêutron térmico|nêutrons térmicos]] para manter a reação de fissão no seu núcleo. Quase todos os reatores em operação são desse tipo, eles contêm materiais moderadores de nêutrons que desaceleram os nêutrons até que a [[temperatura neutrônica]] seja ''termalizada'', isso é, até que a [[energia cinética]] se aproxime da energia cinética média das partículas circundantes, 0,3.<ref name=IPEN>KeVhttps://www.ipen.br/portal_por/conteudo/posgraduacao/arquivos/200906040956360-apperrotta.pdf</ref> Nêutrons térmicos tem [[seção transversal nuclear]] (probabilidade) bem maior de fissionar os núcleos físseis de urânio-235, Pu-239 e Pu-241, e uma probabilidade relativamente menor de [[captura neutrônica]] por parte do [[urânio-238]] comparado com os nêutrons rápidos que originalmente resultam da fissão, permitindo o uso de [[urânio pouco enriquecido]] ou até mesmo [[urânio natural]] como combustível. O moderador em muitas vezes também é o refrigerante, usualmente água sob alta pressão para aumentar o [[ponto de ebulição]] Eles são circundados pelo [[recipiente do reator]], instrumentação para monitorar e controlar o reator, proteção contra radiação e um [edifício de contenção]].
*[[Reator epitérmico|reatores epitérmicos ou intermediários]]:utilizam nêutrons com energia intermediária entre 0,3 e 10 Kev para sustentar a reação em cadeia.<ref name=IPEN/>
*[[Reator de nêutrons rápidos|Reatores de nêutrons rápidos]]: usam [[nêutrons rápidos]], com energia de 100 Kev<ref name=IPEN/> para causar a fissão do seu combustível. Eles não têm um [[moderador de nêutrons]] e usam refrigerantes menos moderadores. Mantendo uma reação em cadeia requere que o combustível seja mais enriquecido com reação ao [[material físsil]] utilizado (cerca de 20% ou mais) devido a sua probabilidade relativamente menor de fissão com relação a captura por U-238. reatores rápidos tem o potencial para produzir menos resíduos [[transurânico]]s porque todos os [[actinídeo]]s são fissionáveis com nêutrons rápidos,<ref>{{Cite journal | doi = 10.1007/BF00750983| title = Fast-reactor actinoid transmutation| journal = Atomic Energy| volume = 74| page = 83| year = 1993| last1 = Golubev | first1 = V. I.| last2 = Dolgov | first2 = V. V.| last3 = Dulin | first3 = V. A.| last4 = Zvonarev | first4 = A. V.| last5 = Smetanin | first5 = É. Y. | last6 = Kochetkov | first6 = L. A.| last7 = Korobeinikov | first7 = V. V.| last8 = Liforov | first8 = V. G.| last9 = Manturov | first9 = G. N.| last10 = Matveenko | first10 = I. P.| last11 = Tsibulya | first11 = A. M.}}</ref> contudo eles são mais difíceis de construir e mais caros de se operar. No geral, reatores rápidos são menos comuns que os reatores térmicos na maior parte das aplicações. Algumas das primeiras usinas nucleares eram constituídas de reatores rápidos, assim como algumas unidades de propulsão naval russas/soviéticas. A construção de protótipos ainda continua e modelos dessa categoria são propostos para a [[quarta geração de reatores nucleares]].
==== Classificação por material moderador ====
Usados por reatores térmicos:
*[[Reator moderado por grafite]]
*[[Reator moderado por água]]
**[[Reatores de água pesada]] (usados pelo Canadá,<ref name="hyperphysics">{{cite web|last1=Nave|first1=R|title=Light Water Nuclear Reactors|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/NucEne/ligwat.html |website=Hyperphysics |publisher = Georgia State University|accessdate=5 March 2018}}</ref> Índia, Argentina, China, Paquistão, Romênia e Coreia do Sul).
**[[Reatores de água leve]] (LWRs): reatores moderados por água leve (o tipo mais comum de reator térmico) usam água comum para moderar e refrigerar os reatores.<ref name ="hyperphysics"/> Quando estão em operação, se a temperatura da água aumenta, a sua densidade cai assim como o seu efeito moderador e menos nêutrons são desacelerados para desencadear novas reações. Esse feedbak negativo estabiliza a taxa de reação.
*[[Reator de sal derretido]] (MSRs) são moderados por elementos leves como uma mistura de lítio e berílio, como LiF e BeF<sub>2</sub>.
*[[Reator refrigerado a metal líquido]] cujo refrigerante são misturas de metais derretidos como chumbo e bismuto, podem usar BeO como moderador.
===== Classificação por refrigerante =====
[[Ficheiro:RIAN archive 450312 Treatment of interior part of reactor frame.jpg|thumb|tratamento da parte interior de um reator [[VVER]]-1200 na [[Atommash]]]]
*Reatores refrigerados por água
**[[Reator a água pressurizada]] (PWR), constituem a maior parte das usinas nucleares ocidentais. Tipicamente, a água leve refrigerante utilizada dentro desses reatores possui temperatura de 300 °C e pressão de 160 atm.<ref name=IPEN2>https://social.stoa.usp.br/articles/0016/2630/TNR5764-AP.pdf</ref>
**[[Reator a água pesada pressurizada]] (PHWR), já descrito anteriormente, utilizam [[água pesada]] como refrigerante e moderador, o principal expoente desse tipo são os reatores [[Candu]] canadenses.<ref name=IPEN2/>
**[[Reator a água fervente]] (BWR) caracterizados por ferverem a água ao redor das hastes de combustível. Um BWR usa dióxido de urânio enriquecido com mais <sup>235</sup>U como combustível. O combustível é colocado em hastes de combustível que são imergidas em água dentro do recipiente do reator. A fissão nuclear causa o fervimento da água, gerando vapor. O vapor flui por tubulações até as turinas. As turbinas por sua vez são propelidas pelo vapor, gerando energia elétrica.<ref name="nuclear_energy">{{cite web|last1=Lipper |first1=Ilan |first2=Jon |last2=Stone |url=http://www.umich.edu/~gs265/society/nuclear.htm |title=Nuclear Energy and Society |publisher=University of Michigan |accessdate=3 October 2009 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20090401172451/http://www.umich.edu/~gs265/society/nuclear.htm |archivedate=1 April 2009 }}</ref> A pressão dentro do reator é controlada pelo fluxo de vapor.
**[[Reator tipo piscina]]
*[[Reator refrigerado por metal líquido]], são reatores rápidos, usando metais líquidos como moderador uam vez que a água atuaria também como moderadora tornando os nêutrons térmicos se fosse usada como refrigerante. Dentre os refrigerantes usados estão [[sódio]], [[NaK]], [[chumbo]], liga [[eutética]] de Pb-Bi e nos primeiros reatores [[mercúrio (elemento)|mercúrio]].
**[[Reator rápido refrigerado por sódio]]
**[[Reator rápido refrigerado por chumbo]]
*[[Reator refrigerado a gás]], é refrigerado por um gás inerte circulante, geralmente [[hélio]] em projetos de lata temperatura, enquanto que [[dióxido de carbono]] já foi usado nessa função por reatores britânicos e franceses no passado. [[Nitrogênio]] também já foi utilizado. Os reatores atuais utilizam o gás refrigerante para aquecer um circuito de água que por sua vez gera o vapor que aciona as turbinas; o uso de uma turbina de ciclo direto onde o próprio gás refrigerante a altas temperaturas é responsável por propelir a turbina daria maiores vantagens a esse projeto, entretanto nenhum projeto desta categoria foi testado ainda.<ref name=IPEN2/>
*[[Reator de sal fundido]] (MSR) são refrigerados por um sal fundido circulante, tipicamente uma mistura eutética de sais fluóridos, como [[FLiBe]]. Em um típico MSR, o refrigerante também é usado como uma matriz onde material físsil é dissolvido.
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! Funcionamento de um reator do tipo BWR
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