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As centrais nucleares são seguras? Como funcionam e como são construídas.
As centrais nucleares são seguras? Como funcionam e como são construídas.
O desenvolvimento tecnológico ao longo dos anos permitiu adquirir conhecimentos sobre princípios físicos extraordinários, como a descoberta dos raios X que revolucionou a medicina, o trabalho de Newton que permitiu a Einstein trabalhar na teoria da relatividade, ou a descoberta do átomo que levou à fissão nuclear.
Todas essas conquistas sempre dividiram a opinião da comunidade científica, que considerava essas descobertas magníficas, mas, ao mesmo tempo, potencialmente perigosas em certos aspectos.
A sociedade do século 21 tem questionado há muitos anos uma descoberta que revolucionou o mundo: estamos falando da energia nuclear!
A energia nuclear, ou atômica, é a energia obtida a partir de reações nucleares e do decaimento radioativo na forma de energia cinética e é utilizada por várias tecnologias, como centrais nucleares para a obtenção de eletricidade. Em 2020, a energia nuclear representava apenas 10% da produção global de eletricidade, embora seja uma das fontes de energia mais seguras em termos de mortes por unidade de energia produzida. Então, por que o público tem reservas em usar essa tecnologia?
Vamos descobrir juntos como funciona uma central nuclear e ver cada etapa em detalhes.
As centrais nucleares são edifícios enormes e muito complexos que são usados como usinas de energia e produzem energia por meio da fissão nuclear.
A fissão nuclear é uma reação em que o núcleo de um elemento pesado se desintegra emitindo uma grande quantidade de energia; a reação ocorre quando um núcleo de metal pesado, como o urânio-235, é bombardeado, ou seja, atingido por um nêutron que quebra o núcleo, liberando três novos nêutrons e energia. Um desses nêutrons é absorvido por outro núcleo de urânio-238 e é perdido no balanço, um segundo nêutron pode escapar do sistema, e o terceiro nêutron atinge outro núcleo de urânio-235, que se quebra liberando mais nêutrons, que, por sua vez, atingirão outros núcleos de urânio-235, criando assim uma reação em cadeia.
Essa reação é a base do reator nuclear, que controla o decaimento do material pesado de forma controlada.
Agora, vamos ver como é composta e como funciona uma central nuclear!
A instalação é dividida principalmente em duas ilhas: a primeira é chamada de ilha nuclear, que contém o reator, enquanto a segunda é chamada de ilha convencional, que gerencia a energia nuclear obtida para transformá-la em energia elétrica.
Todas essas conquistas sempre dividiram a opinião da comunidade científica, que considerava essas descobertas magníficas, mas, ao mesmo tempo, potencialmente perigosas em certos aspectos.
A sociedade do século 21 tem questionado há muitos anos uma descoberta que revolucionou o mundo: estamos falando da energia nuclear!
A energia nuclear, ou atômica, é a energia obtida a partir de reações nucleares e do decaimento radioativo na forma de energia cinética e é utilizada por várias tecnologias, como centrais nucleares para a obtenção de eletricidade. Em 2020, a energia nuclear representava apenas 10% da produção global de eletricidade, embora seja uma das fontes de energia mais seguras em termos de mortes por unidade de energia produzida. Então, por que o público tem reservas em usar essa tecnologia?
Vamos descobrir juntos como funciona uma central nuclear e ver cada etapa em detalhes.
As centrais nucleares são edifícios enormes e muito complexos que são usados como usinas de energia e produzem energia por meio da fissão nuclear.
A fissão nuclear é uma reação em que o núcleo de um elemento pesado se desintegra emitindo uma grande quantidade de energia; a reação ocorre quando um núcleo de metal pesado, como o urânio-235, é bombardeado, ou seja, atingido por um nêutron que quebra o núcleo, liberando três novos nêutrons e energia. Um desses nêutrons é absorvido por outro núcleo de urânio-238 e é perdido no balanço, um segundo nêutron pode escapar do sistema, e o terceiro nêutron atinge outro núcleo de urânio-235, que se quebra liberando mais nêutrons, que, por sua vez, atingirão outros núcleos de urânio-235, criando assim uma reação em cadeia.
Essa reação é a base do reator nuclear, que controla o decaimento do material pesado de forma controlada.
Agora, vamos ver como é composta e como funciona uma central nuclear!
A instalação é dividida principalmente em duas ilhas: a primeira é chamada de ilha nuclear, que contém o reator, enquanto a segunda é chamada de ilha convencional, que gerencia a energia nuclear obtida para transformá-la em energia elétrica.
Externamente, a ilha nuclear apresenta-se como um grande bloco de concreto, para isolar o reator que está localizado no centro da instalação. No reator, encontramos o núcleo composto por material físsil, geralmente uma mistura de urânio-238 e urânio-235. Um moderador, geralmente água pesada ou grafite, é usado para desacelerar os nêutrons gerados, aumentando a probabilidade de fissão.
No reator, também existem barras de controle de metal usadas para capturar nêutrons em excesso, que são inseridas no núcleo para moderar a potência da reação e, se necessário, parar o processo em caso de criticidade. Se a reação atingir o nível crítico, liberaria uma quantidade enorme de energia que causaria a fusão do núcleo, destruindo as paredes de contenção e dispersando material radioativo no ambiente. Os fragmentos da reação ao desacelerarem produzem calor que é capturado por um líquido de transferência de calor que envolve o núcleo de urânio. Simplificando, o líquido de transferência de calor atua da mesma forma que a água quente em um sistema de aquecimento com radiadores, onde a água leva o calor gerado pela caldeira para vários pontos do ambiente. O líquido de transferência de calor comprimido que atinge o núcleo tem uma temperatura de 290 °C e chega a 320 °C sob uma pressão de 15 MPa para que não ferva.
O líquido aquecido passa por um gerador de vapor, no qual é produzido um vapor saturado úmido; neste ponto, passa por um separador de umidade que o transforma em vapor saturado seco e, com um sistema condutor, é transportado para uma turbina a vapor localizada na ilha convencional a uma temperatura final de 290 °C sob uma pressão de 5 MPa. Um pressurizador é usado para manter a pressão estável. A turbina é uma máquina motora que utiliza a energia térmica do vapor, convertendo-a em trabalho mecânico. A turbina, por sua vez, com a energia convertida, move um alternador usado para produzir eletricidade; o mesmo princípio é usado nas usinas de combustível mais comuns, bem como nas usinas hidrelétricas ou em parques eólicos.
Como vimos, todo o processo gera grandes quantidades de vapor, que devem ser gerenciadas após sair da turbina; resfriando-o, o vapor retorna ao estado líquido e pode ser reutilizado novamente no processo. Um condensador é colocado abaixo da turbina para resfriar o vapor e, graças a um líquido refrigerante, ele é transformado em água. A massa de água que sai do condensador tem uma temperatura muito alta e não pode ser liberada no reservatório de origem, caso contrário, danificaria o ecossistema; é por isso que se prefere construir centrais nucleares perto de um rio, um lago ou à beira-mar, onde as grandes massas de água conseguem reduzir a temperatura da água do condensador gradualmente sem causar danos. Para usinas construídas no interior, é necessário um circuito de resfriamento fechado; o sistema mais utilizado são as torres de resfriamento com circulação natural ou forçada, com a ajuda de grandes ventiladores.
No reator, também existem barras de controle de metal usadas para capturar nêutrons em excesso, que são inseridas no núcleo para moderar a potência da reação e, se necessário, parar o processo em caso de criticidade. Se a reação atingir o nível crítico, liberaria uma quantidade enorme de energia que causaria a fusão do núcleo, destruindo as paredes de contenção e dispersando material radioativo no ambiente. Os fragmentos da reação ao desacelerarem produzem calor que é capturado por um líquido de transferência de calor que envolve o núcleo de urânio. Simplificando, o líquido de transferência de calor atua da mesma forma que a água quente em um sistema de aquecimento com radiadores, onde a água leva o calor gerado pela caldeira para vários pontos do ambiente. O líquido de transferência de calor comprimido que atinge o núcleo tem uma temperatura de 290 °C e chega a 320 °C sob uma pressão de 15 MPa para que não ferva.
O líquido aquecido passa por um gerador de vapor, no qual é produzido um vapor saturado úmido; neste ponto, passa por um separador de umidade que o transforma em vapor saturado seco e, com um sistema condutor, é transportado para uma turbina a vapor localizada na ilha convencional a uma temperatura final de 290 °C sob uma pressão de 5 MPa. Um pressurizador é usado para manter a pressão estável. A turbina é uma máquina motora que utiliza a energia térmica do vapor, convertendo-a em trabalho mecânico. A turbina, por sua vez, com a energia convertida, move um alternador usado para produzir eletricidade; o mesmo princípio é usado nas usinas de combustível mais comuns, bem como nas usinas hidrelétricas ou em parques eólicos.
Como vimos, todo o processo gera grandes quantidades de vapor, que devem ser gerenciadas após sair da turbina; resfriando-o, o vapor retorna ao estado líquido e pode ser reutilizado novamente no processo. Um condensador é colocado abaixo da turbina para resfriar o vapor e, graças a um líquido refrigerante, ele é transformado em água. A massa de água que sai do condensador tem uma temperatura muito alta e não pode ser liberada no reservatório de origem, caso contrário, danificaria o ecossistema; é por isso que se prefere construir centrais nucleares perto de um rio, um lago ou à beira-mar, onde as grandes massas de água conseguem reduzir a temperatura da água do condensador gradualmente sem causar danos. Para usinas construídas no interior, é necessário um circuito de resfriamento fechado; o sistema mais utilizado são as torres de resfriamento com circulação natural ou forçada, com a ajuda de grandes ventiladores.