Energia nuclear: como a fissão gera eletricidade e é controlada em um reator

Da fissão ao calor

Em uma usina nuclear, a eletricidade é obtida aproveitando o calor produzido pela fissão. De acordo com a Administração de Informação Energética dos Estados Unidos (EIA), um nêutron pode colidir com um átomo grande, excitá-lo e dividi-lo em dois átomos menores, chamados produtos de fissão. O processo libera energia e nêutrons adicionais, que podem iniciar novas fissões e sustentar uma reação em cadeia.Fonte principal: EIA

O combustível descrito pela EIA é fabricado a partir de minério de urânio: ele é extraído e processado para produzir pequenas pastilhas cerâmicas. As pastilhas são empilhadas em varetas de combustível, que são carregadas em conjuntos dentro do núcleo do reator. O calor gerado ali é transferido para a água e permite produzir vapor. As varetas, os conjuntos e o núcleo fazem parte do sistema que contém o combustível enquanto ocorre a fissão.

A cadeia de conversão de energia pode ser resumida assim: fissão → calor → vapor → turbina → gerador elétrico. O vapor faz girar as pás de uma turbina; a turbina aciona um gerador que produz eletricidade por meio de ímãs.EIA A energia não passa diretamente do combustível para a rede: primeiro é transformada em calor e, depois, em movimento mecânico antes de se converter em eletricidade.

Como se regula a reação em cadeia

O reator deve alojar e controlar a fissão para produzir calor de forma regulada. A referência técnica do Departamento de Energia dos Estados Unidos explica que, nos reatores de água leve que descreve, a água cumpre duas funções: refrigerante, porque transporta calor, e moderador, porque desacelera os nêutrons produzidos pela fissão e ajuda a sustentar a reação em cadeia. As barras de controle podem ser inseridas no núcleo para reduzir o ritmo da reação ou retiradas para aumentá-lo.Departamento de Energia dos EUA

Esta explicação esclarece o mecanismo de controle, mas o trecho da EIA não detalha as barras de controle nem descreve os sistemas de proteção ou os procedimentos operacionais. Portanto, não se deve confundir uma descrição geral de como a reação é regulada com uma explicação completa da segurança de uma usina.

Dois projetos e dois percursos da água

O Departamento de Energia distingue dois tipos de reatores de água leve que operam nos Estados Unidos: os reatores de água pressurizada (PWR) e os reatores de água fervente (BWR). Em ambos, a água comum atua como refrigerante e moderador, mas o percurso da água e do vapor é diferente.Departamento de Energia dos EUA

A tabela resume as diferenças descritas na referência do Departamento de Energia; isso não implica que os dois projetos tenham componentes ou funcionamento idênticos. A fonte informa que mais de 65% dos reatores comerciais americanos são PWR e aproximadamente um terço são BWR. Essas proporções se referem aos reatores dos Estados Unidos, segundo o texto de referência, e não à frota mundial.Departamento de Energia dos EUA

Refrigeração e contexto energético

O vapor que movimenta a turbina faz parte de um processo térmico, e as usinas também precisam administrar o calor por meio de sistemas de refrigeração. A EIA informa que algumas usinas utilizam água de lagos, rios ou oceanos e que nem todas têm torres de refrigeração. Também observa que os reatores americanos podem ter grandes cúpulas de concreto sobre os reatores, exigidas para conter liberações acidentais de radiação.EIA Essa descrição não permite concluir que todas as usinas tenham o mesmo projeto, nem oferece detalhes suficientes para avaliar, por si só, as medidas de segurança de uma instalação específica.

Como contexto, a EIA classifica a energia nuclear como não renovável e explica que ela é produzida pela divisão de átomos de urânio para gerar calor e, finalmente, eletricidade. A mesma referência informa que o urânio está distribuído na crosta terrestre, mas que grande parte é difícil ou cara demais para extrair e processar para uso como combustível.EIA, fontes de energia Essa classificação e descrição do recurso ajudam a contextualizar a tecnologia, mas não constituem uma avaliação comparativa de seus impactos ou desempenho em relação a outras fontes.

Em conjunto, o funcionamento básico depende de três etapas interligadas: a fissão libera energia no núcleo, o projeto do reator regula a reação e transfere calor, e o vapor faz girar a turbina conectada ao gerador. A diferença entre PWR e BWR está, segundo a explicação disponível, em como a água é aquecida e onde é produzido o vapor que chega à turbina.