Energia e Meio Ambiente

Como exatamente funciona a energia nuclear?

Como exatamente funciona a energia nuclear?

Com toda a polêmica em torno das usinas nucleares, não há dúvida de que são um feito tecnológico incrível. Mas como exatamente eles funcionam?

Aqui, faremos um breve tour por uma usina nuclear e discutiremos os diferentes tipos de usinas e alguns dos prós e contras da tecnologia.

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Como funciona a energia nuclear e que tipos existem?

Em suma, as usinas nucleares (fissão nuclear) funcionam aproveitando a energia do átomo para ferver água, produzir vapor e girar uma turbina para gerar eletricidade. São, na verdade, caldeiras altamente sofisticadas com uma turbina acoplada.

Claro, há muito mais para eles do que isso.

Os principais componentes de uma usina nuclear são, mais ou menos, os seguintes (embora os projetos variem):

  • Combustível nuclear (como urânio ou plutônio)
  • Reator nuclear e moderador (uma substância que retarda os nêutrons - como grafite ou água)
  • Refrigerante do reator (geralmente água)
  • Hastes de controle (por exemplo, grafite)
  • Escudo ou sistema / estrutura de contenção
  • Vaso de Pressão
  • Gerador de vapor
  • Linhas de vapor
  • Bombas
  • Turbina a vapor
  • Torre de resfriamento e condensador

Como afirmado anteriormente, os componentes e a configuração podem variar dependendo do tipo de reator nuclear em questão. Até o momento, os tipos mais comuns de reatores nucleares são os seguintes:

  • Reator de água pressurizada (PWR) - Mais que65% de reatores nucleares comerciais nos EUA são PWRs. A fábrica de Three-Mile Island era do tipo PWR.
  • Reator de água fervente (BWR) - Aproximadamente um terço de todos os reatores nos EUA são BWRs. Fukushima era um reator do tipo BWR.
  • Reator de água pesada pressurizada (PHWR) - Mais comum no Canadá e na Índia.
  • Reator refrigerado a gás avançado (AGR) - Os chamados reatores refrigerados a gás de segunda geração, usados ​​principalmente no Reino Unido. Estes usam dióxido de carbono como refrigerante principal.
  • Reator moderado de grafite de água leve (RBMK) - Reatores de projeto soviético que são semelhantes aos BWRs em design, no entanto, em vez de um vaso de pressão envolvendo todo o núcleo, cada conjunto de combustível é colocado em um tubo individual para permitir o fluxo de água de resfriamento ao redor do combustível. Chernobyl era um reator nuclear RBMK.
  • Reatores avançados - Isso inclui muitos tipos novos ou experimentais de reatores, como pequenos reatores modulares (SMR). Muitos deles não usam água para resfriamento, alguns usam metal líquido, sal fundido ou hélio para aquecer a água para vapor.
  • Reatores de nêutrons rápidos (FNR) - Esses reatores dispensam moderadores e, em vez disso, usam os chamados nêutrons rápidos. Eles são mais eficientes para a produção de energia, mas são mais caros de construir.
  • Usinas nucleares flutuantes - Excluindo os reatores nucleares baseados em navios, esses tipos de reatores são construídos em grandes barcaças que tendem a ser permanentemente atracadas.

Existem atualmente por aí 450 reatores comerciais de fissão nuclear em operação em todo o mundo. Noventa e oito deles estão apenas nos Estados Unidos, e argumenta-se que são uma das fontes de energia mais seguras e eficientes do mundo.

Como a energia nuclear é produzida passo a passo?

A energia nuclear é aproveitada para produzir eletricidade em várias etapas básicas. Na maioria dos casos, em reatores comerciais, segue-se, mais ou menos, as seguintes etapas.

  1. Os nêutrons colidem com átomos de combustível (geralmente urânio) e se dividem para liberar nêutrons do átomo alvo, que por sua vez colidem com outros átomos de combustível, causando uma reação em cadeia.
  2. Esta reação em cadeia pode ser controlada usando "hastes de controle", que absorvem alguns dos nêutrons para evitar que o sistema fique fora de controle.
  3. Este processo aumenta rapidamente a temperatura do reator para algum lugar na ordem de520 graus Fahrenheit (271 graus Celsius).
  4. Nessa temperatura, o refrigerante (geralmente água) é rapidamente aquecido e evapora em vapor.
  5. Esse vapor é então conduzido ou bombeado para uma grande turbina e a eletricidade é produzida.
  6. Essa eletricidade é usada para operar o reator e direcionada para uma rede elétrica para consumo comercial.

A fissão não é o único tipo de reação nuclear. A energia de fusão teoricamente também poderia ser usada para gerar eletricidade usando o calor das reações de fusão nuclear. Em um processo de fusão, dois núcleos atômicos mais leves se combinam para formar um núcleo mais pesado, que libera energia. Vários tipos de reatores de fusão experimentais foram projetados e construídos, mas nenhum está atualmente em operação comercial. Para reatores nucleares de fusão, o processo seria ligeiramente diferente.

  1. O material combustível (como deutério ou gás trítio) é injetado na câmara de fusão. Para reatores Tokamak, este é um recipiente a vácuo em forma de rosca.
  2. Esta mistura de gás é então aquecida a temperaturas muito altas (Centenas de milhões de graus) Temperaturas extremas dessa magnitude são alcançadas em uma variedade de métodos, mas alguns reatores de fusão experimentais usam microondas ou outras fontes de energia.
  3. Isso faz com que o combustível se ionize e forme um plasma com energia suficiente para, com sorte, permitir a fusão entre átomos mantidos próximos um do outro. É mais fácil falar do que fazer, pois é obtido usando campos magnéticos muito fortes ou algum outro método de confinamento.
  4. Uma vez que a fusão foi alcançada, enormes quantidades de energia são liberadas que podem então ser usadas para superaquecer o refrigerante.
  5. O vapor resultante é então usado para alimentar uma turbina para gerar eletricidade.

Embora os pesquisadores tenham conseguido obter reações de fusão limitadas e contidas, o processo consome muita energia. Até agora, todos eles obtiveram rendimento de energia negativa, o que significa que são mais caros de operar do que o que recebem em troca como energia gerada.

A energia nuclear e a energia nuclear são iguais?

Esses dois termos, embora ostensivamente semelhantes, são, na verdade, bastante diferentes na prática.

Energia é "na física, a capacidade de fazer trabalho. Pode existir em potencial, cinético, térmico, elétrico, químico, nuclear ou outras formas diversas. Além disso, existem calor e trabalho - ou seja,energia no processo de transferência de um corpo para outro. "- Enciclopédia Britânica.

Poder é algo um pouco diferente. "Unidades de potência são aquelas de trabalho (ou energia) por unidade de tempo, como libras-pé por minuto, joules por segundo (ou watts) e ergs por segundo. A potência é expressável também como o produto da força aplicada para mover um objeto e a velocidade do objeto na direção da força. " - Enciclopédia Britânica.

Quando se trata do uso de energia e energia nuclear, os termos costumam ser usados ​​de forma intercambiável. Mas, na verdade, existe uma distinção sutil, mas importante, entre os dois.

Energia nuclear é, tecnicamente falando, a energia liberada quando um átomo é dividido por fissão. Isso é normalmente expresso como megaelétron volts (MeV).

Poder nuclear é, tecnicamente, o trabalho resultante produzido por uma usina nuclear ao longo de um determinado tempo, geralmente expresso em megawatts (MW) ou gigawatts (GW).

O que há de errado com a energia nuclear?

A energia nuclear há muito é defendida como a resposta para uma energia quase ilimitada. Mas, apesar da rápida adoção e desenvolvimento da energia nuclear, ela caiu em desuso nos últimos anos.

Mas por que?

Uma das principais razões pode ser um aparente mal-entendido da tecnologia. Na cabeça de alguns, ela costuma ser associada a seus primos incrivelmente destrutivos, as armas nucleares.

Outro problema com as relações públicas da energia nuclear são os poucos, mas incrivelmente espetaculares, acidentes e incidentes nucleares que ocorreram. Embora a energia nuclear geralmente seja um dos meios mais seguros de geração de energia, quando dá errado, realmente dá errado.

Os acidentes envolvendo energia nuclear foram causados ​​principalmente por erro humano, desastres naturais ou falhas de projeto. Ao mesmo tempo, a tecnologia em si é uma das indústrias mais regulamentadas, com consciência ambiental e de segurança do mundo.

Os debates anteriores atingiram seu auge durante as décadas de 70 e 80 e giraram principalmente em torno da proliferação nuclear e dos riscos à segurança da indústria. Mas tem ressurgido nos últimos anos o debate relacionado ao tema das mudanças climáticas.

Embora muitos tenham depositado sua fé na tecnologia renovável para mitigar a mudança climática, aqueles que estão no lado pró-nuclear do debate argumentaram que a energia nuclear é a melhor maneira de descarbonizar rapidamente nosso uso de energia.

A energia nuclear é uma fonte de energia de alta energia livre de carbono e, apesar dos acidentes anteriores, provavelmente mais segura do que a geração de energia baseada no petróleo. Mesmo assim, ainda é potencialmente perigoso para as pessoas e para o planeta.

Além disso, a extração e o refino de urânio consomem muita energia e são altamente poluentes, o que pode compensar os benefícios da energia nuclear. Também existem problemas com o armazenamento e eliminação seguros do combustível nuclear usado.

Avanços foram feitos no armazenamento e reciclagem de resíduos nucleares. As usinas de geração mais recente permitem que a grande maioria desses resíduos seja reciclada. Outra estatística interessante é que todo o combustível irradiado de cada usina nuclear desde a década de 1950 ocuparia apenas um espaço do tamanho de um campo de futebol a uma profundidade de 9 metros.

Muitos desses resíduos são armazenados com segurança em depósitos altamente regulamentados e monitorados. Na maioria dos casos,99% desses resíduos permanece radioativo por menos de 300 anos.

Outras preocupações em torno da energia nuclear incluem o fato de que é caro para desenvolver, precisa ser construído perto de uma fonte de água (SMRs podem ser a exceção) e que retira recursos do desenvolvimento de energias renováveis.

Como qualquer debate sobre qualquer assunto, permitiremos que você tire suas próprias conclusões sobre o assunto. Mas o que está claro é que, dadas as crescentes preocupações sobre a mudança climática, é preciso haver um debate justo e aberto sobre os prós e os contras da energia nuclear. A energia nuclear pode ser parte da solução.


Assista o vídeo: Uranio Jornal Nacional (Julho 2021).