Energia Nuclear

“Nuclear power is here to stay, and we need to support a strong domestic uranium industry.”

Michael C. Burgess¹

A Energia Nuclear fornece a energia das estrelas, propicia a existência da vida na terra e criou todas as fontes de energia no planeta.  Além disso, ela se transformou em importante fonte de energia para a geração de eletricidade, apesar da controvérsia existente sobre seu uso, sua segurança, e seus riscos.

Introdução

Tudo começou com a famosa fórmula de Albert Einstein, que relacionou massa com a energia.

Onde:

• • E [J];
  • m é a massa [kg];
  • c é a velocidade da luz [m/s].

O Sol e os reatores nucleares funcionam baseados nesta fórmula, transformando massa em energia. 

A geração térmica convencional funciona a partir de reações químicas, a combustão, onde a conservação de massa prevalece.

Na energia nuclear, a conservação de massa deixa de existir, mas permanece valendo a conservação de energia.

A fissão do átomo de Urânio 235 obtida a partir da colisão do núcleo com um nêutron consiste na reação normalmente utilizada nos reatores nucleares. As energias geradas podem ser expressas em diversas unidades.

No caso da combustão, utilizam-se as unidades de energia térmica e no caso das reações nucleares o eV².

As unidades de energia se encontram na seção de Tabelas e Unidades de Energia.

Atualmente, a física procura explicar todo o universo a partir de 4 forças fundamentais: 

• • Gravitacional;
  • Eletromagnética;
  • Força Nuclear Forte;
  • Força Nuclear Fraca.

Apesar de todas estarem presentes no universo, na prática, o raio de ação delas estabelece quando e como aplicá-las.  Desconsidera-se a força gravitacional no estudo da energia nuclear, e apenas as outras três são relevantes.

Átomos formam os materiais e existem 92 chamados de elementos químicos, sendo o Hidrogênio o mais leve e o Urânio o mais pesado. Além desse conjunto de elementos estáveis e encontrados na terra, existem diversos outros elementos instáveis na terra, que foram criados artificialmente pelo homem. 

Os Átomos podem se combinar quimicamente para criar uma grande quantidade de Moléculas ou Substâncias. 

As propriedades químicas dos átomos são determinadas pelas forças eletromagnéticas que atuam nas partículas, que tradicionalmente formam os átomos:

• • Elétrons:
  • Prótons;
  • Nêutrons.

História da Energia Nuclear

O desenvolvimento de reatores nucleares começou após o término da Segunda Guerra Mundial em 1945 como subproduto do desenvolvimento de bombas atômicas utilizando a fissão nuclear.

A Tabela abaixo apresenta as opções tecnológicas exploradas durante a fase de desenvolvimento.

Tecnologias Nucleares

Fonte: Kok, Kenneth (Editor), Nuclear Engineering Handbook, 2 ed., CRC Press, 2017.

Nos reatores BWR (boiling water reactors) a água de resfriamento ferve dentro do reator nuclear e o vapor vai diretamente para uma turbina. 

Nos reatores PWR (Pressurized water reactor) a água pressurizada não ferve dentro do reator, mas se torna necessário utilizar um trocador de calor para gerar o vapor.

Contudo, em ambos os casos, utiliza-se água normal como fluido de refriamento e moderador de neutrons, mas diversas formas de Urânio foram utilizadas.

Os reatores CRBR (Controlled Recirculation Breeder Reactor) representam uma variante dos BWR.

Os reatores PHWR (Pressurized heavy-water reactors) são reatores PWR que utilizam água pesada ao invés da água comum.

Os reatores GCR(Gas-cooled Reactor) utilizam gases ao invés de água no resfriamento.

Os reatores HTGR( High Temperature Gas-Cooled Reactor) consistem numa variante do GCR.

Os reatores OCR(Organic-Cooled Reactor) utilizam líquidos orgânicos como moderadores e resfriadores.

Os reatores LMGMR (Liquid Metal Graphite Moderator Reactor) utilizam metais líquidos para transferir o calor e grafite como moderador.