Reator nuclear

O reator nuclear é o dispositivo onde ocorre uma reação controlada de fissão nuclear. É usado em usinas que convertem a energia nuclear em energia térmica ou elétrica. Além disso, é empregado em pesquisas científicas e até mesmo na medicina. Aprenda sobre os reatores nucleares, seus tipos e sua presença em usinas nucleares.

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O que é um reator nuclear

O reator nuclear é o nome dado para o local onde uma reação de fissão ou fusão ocorre de modo controlado. Ele recebe essa denominação porque as reações acontecem nos núcleos dos átomos. A origem dos reatores data de antes da Segunda Guerra Mundial, onde cientistas descobriram que a fissão de átomos de urânio poderiam desencadear uma reação em cadeia, favorecendo o desenvolvimento de bombas extremamente poderosas. Sendo assim, o objetivo dos primeiros reatores produzidos era de fabricação de plutônio radioativo para a construção de armamento nuclear.

Os reatores de fusão ainda estão em fase experimental, visto que existe muita dificuldade em realizar a fusão de dois átomos. Então, toda energia nuclear produzida no mundo tem origem em um reator nuclear de fissão. Nele, é utilizado um composto de urânio (U-238) enriquecido com um isótopo mais instável do urânio (U-235) e as temperaturas podem passar dos 400 °C. Esse reator é empregado, por exemplo, na produção de energia elétrica que abastece cidades ou em submarinos que contam com uma mini-usina nuclear para manter o funcionamento dos propulsores.

Como funciona um reator nuclear

O mecanismo de funcionamento dos reatores é baseado na fissão nuclear, ou seja, a quebra do núcleo de um átomo em dois núcleos de menor massa. Os átomos de U-235 conseguem absorver nêutrons e sofrer essa fissão, dando origem a átomos de criptônio (Kr-92) e bário (Ba-141), além de mais 3 nêutrons livres, que se chocam com outros átomos de U-235 em uma reação em cadeia. A representação da fissão é:

²³⁵U + 1 n → ⁹²Kr + ¹⁴¹Ba + 3 n + ENERGIA

Essa fissão libera muita energia térmica, raios gama e nêutrons. Sendo assim, o calor pode ser usado na geração de vapor de água, que movimentará uma turbina de geração de energia elétrica. As partes essenciais para um reator nuclear são:

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• Combustível nuclear: é o isótopo físsil, ou seja, o átomo que sofrerá a quebra;
• Moderador nuclear: reduz a velocidade dos nêutrons originados na fissão, para poderem atingir outros núcleos;
• Refrigerador: conduz o calor produzido até a turbina de geração de energia elétrica;
• Blindagem: evita o escapamento da radiação;
• Material de controle: atua como freio, são materiais que impedem a continuidade das reações em cadeia pela absorção de nêutrons.

Tipos de reatores nucleares

Sabendo das principais partes de um reator nuclear, é possível ter um entendimento maior de quais tipos existem, visto que eles se diferenciam por modificações em materiais utilizados como controladores, refrigeradores ou moderadores, por exemplo. Em todos eles, o mecanismo de fissão ocorre. Veja abaixo os principais tipos:

• PWR – reator de água pressurizada: é o reator mais utilizado no mundo, seu funcionamento sob pressão faz com que a água aquecida se mantenha líquida em temperaturas superiores a 300 °C, usada para vaporizar água em outro recipiente;
• BWR – reator de água fervente: também é muito utilizado. Ele usa a água como refrigerador e moderador nuclear, porém em temperaturas mais baixas;
• HWR – reator nuclear de água pesada: nesse tipo, é usada água pesada como moderador nuclear e refrigerador. As moléculas de água pesada possuem átomos de deutério no lugar de hidrogênio, ou seja, o isótopo de H com 1 próton e 1 nêutron;
• GCR – reator resfriado a gás: nele o material moderador é constituído de grafite e o refrigerador é um gás, geralmente hélio ou dióxido de carbono. Além disso, o combustível é o urânio natural;
• ACR – reator resfriado a gás avançado: semelhante ao anterior, a diferença é de que o combustível é urânio enriquecido. Seu uso é mais comum no Reino Unido;
• HTGCR – reator resfriado a gás de temperatura elevada: também utiliza gases como refrigeradores. Seu modo de funcionamento é igual ao PWR, porém as temperaturas atingidas são de 1000 °C, então é usado na produção de H₂ sem emitir CO₂.

Esses são os principais tipos de reatores nucleares que estão em operação no mundo, todos partindo do mesmo princípio de operação, mas com diferenças em seus componentes que possibilitam diferentes aplicações. É importante lembrar que ainda existem muitas pesquisas para buscar novas alternativas e inovações no ramo da energia nuclear.

Reatores nucleares no Brasil

No Brasil, alguns reatores nucleares estão em operação. A maioria deles em laboratórios de pesquisa, porém, os mais importantes se encontram em Angra dos Reis, Rio de Janeiro. Em Angra, está localizada a Usina Elétrica da Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto. Os reatores, Angra I e II, são do tipo PWR e produzem energia elétrica que abastece a região do Rio de Janeiro, São Paulo e Belo Horizonte, correspondendo a cerca de 3% da matriz energética do país. Um terceiro reator está em construção na usina, com previsão de operação para 2026.

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Chernobyl

O acidente nuclear de Chernobyl, que ocorreu em 25 e 26 de abril de 1986 no reator 4 da Usina Nuclear de Chernobyl, no norte da Ucrânia Soviética. Foi um dos maiores desastres nucleares da história. Ele aconteceu durante uma sessão de teste de segurança que desligaria intencionalmente os sistemas de emergência. Houve falhas de projeto e de operação que causaram o descontrole das reações de fissão nuclear no reator.

No total, 28 pessoas morreram, 134 tiveram confirmação de contaminação por iodo radioativo, centenas de milhares de moradores foram realocados e a natureza local foi afetada. É estimado que os riscos de contaminação na área continuarão por mais de 20 mil anos.

Vídeos sobre os reatores nucleares

Agora que o conteúdo já foi apresentado, veja os vídeos selecionados para ajudar a assimilar o tema de estudo:

Como funciona uma usina nuclear

No Brasil, existe uma usina elétrica nuclear. Localizados em Angra dos Reis, os reatores Angra I e Angra II realizam a conversão de energia nuclear em energia elétrica para distribuir pela região, principalmente entre São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte. Confira como é o funcionamento desse reator nuclear e como a usina é estruturada para garantir a segurança.

Transformação de energia nuclear em energia elétrica

A fissão nuclear é a quebra de um núcleo atômico, que resulta na formação de dois núcleos mais leves e a liberação de energia. É o processo utilizado num reator nuclear para a produção de energia elétrica, por exemplo. Assista ao vídeo para entender como acontece a quebra e como ela pode ser destinada para a conversão em energia térmica e, posteriormente, em elétrica.

A fissão nuclear nos reatores

Entenda todos os passos de uma fissão nuclear, a reação de quebra dos núcleos atômicos que resulta na liberação de uma enorme quantidade de energia. Essa reação possui crescimento exponencial rápido. Além disso, compreenda como um átomo de urânio-235 se transforma em dois átomos diferentes: o bário e o criptônio.

Em síntese, um reator nuclear é o local onde ocorre uma reação de fissão nuclear de forma controlada, com a finalidade de converter a energia dos átomos em outros tipos de energia, como a elétrica, por exemplo. Não pare de estudar aqui, entenda mais sobre a radioatividade e quais são as partículas emitidas durante esse processo nuclear.

Referências