Reator Nuclear

Um reator nuclear (AO 1945: reactor nuclear) é uma câmara de resfriamento hermética, blindada contra a radiação, onde é controlada uma reação nuclear para a obtenção de energia, produção de materiais fissionáveis como o plutônio para armamentos nucleares, propulsão de submarinos e satélites artificiais ou para pesquisas.
Uma central nuclear pode conter vários reatores. Atualmente apenas os reatores nucleares de fissão são empregados para a produção de energia comercial, porém os reatores nucleares de fusão estão sendo empregados em fase experimental.
De uma forma simples, as primeiras versões de reator nuclear produzem calor dividindo átomos, diferentemente das estações de energia convencionais, que produzem calor queimando combustível. O calor produzido serve para ferver água, que irá fazer funcionar turbinas a vapor para gerar electricidade.

Um reator produz grandes quantidades de calor e intensas correntes de radiação neutrónica e gama. Ambas são mortais para todas as formas de vida mesmo em quantidades pequenas, causando doenças, leucemia e, por fim, a morte. O reactor deve estar rodeado de um espesso escudo de cimento e aço, para evitar fugas prejudiciais de radiação. As matérias radioactivas são manejadas por controle remoto e armazenadas em contentores de chumbo, um excelente escudo contra a radiação.
Hoje em dia é comum ouvir noticias sobre as fontes de energia do país ou como essas energias são produzidas. O fato é que muito se tem feito pelo desenvolvimento da produção de energia elétrica no mundo inteiro e este impacto reflete também aqui no Brasil.

Uma das fontes de energia oferecida pelo Brasil é a gerada através de Usinas Nucleares, da qual por ora, o nome nos vem à mente como algo que já ouvimos falar antes. De fato, tem se discutido muito sobre a utilização daEnergia Nuclear no país devido impactos futuros ou imediatos, que este tipo de geração de energia elétrica pode produzir. De um lado temos os ambientalistas que acreditam que o lixo radioativo e a radiação emitidas por essas usinas, provocam estragos avassaladores no meio ambiente, além de ser prejudicial a saúde humana, porém, a realidade da qual vivemos hoje não nos permite deixar de utilizar a energia nuclear, pois esta já ocupa um porção significativa no fornecimento de energia de muitos lugares.

A energia nuclear é gerada a partir da utilização do átomo de Urânio-235, e a mesma acontece dentro de um reator nuclear. Para que possamos realizar essa tal produção de energia, precisamos de uma quantidade suficiente de Urânio-235 que, através de um processo de reação, emitirá a energia da qual falamos.

O fato é que o Urânio é um elemento do qual podemos encontrar na natureza, porém, o isótopo do qual necessitamos para fazer a reação nuclear acontecer é encontrado em proporções muito pequenas ao de maior quantidade, o Urânio-238. Pra que possamos ter uma idéia desta proporção, apenas 0,7% são do tipo Urânio-235, enquanto 99,3% são do tipo Urânio-238. Existem também outros isótopos desse material, porém são desprezíveis devida a sua baixíssima existência entre os do tipo Urânio-235 e Urânio-238.

Com isso para que utilizemos uma maior quantidade do Urânio-235, do qual é responsável pela reação nuclear, precisamos aumentar a proporção dela ao seu isótopo. O método com o qual, conseguimos a proporção suficiente de Urânio-235 é chamado de Enriquecimento do Urânio, que consiste em retirar isótopos do tipo Urânio-238 a fim de que o Urânio-235 assuma uma maior proporção. A partir deste processo, teremos uma nova proporção de Urânio-235, que chega a uma margem de 3,2% (o suficiente para liberar a energia através da reação).

Com essa quantidade de Urânio-235 podemos produzir dentro dos reatores nucleares uma fissão nuclear capaz de produzir uma grande quantidade de energia radioativa. Esse processo de fissão nuclear é o que temos nas Usinas Nucleares em todo o mundo, existindo ainda um outro processo chamado de Fusão Nuclear.

A fissão nuclear é o processo pelo qual, é lançado um nêutron em direção ao átomo de Urânio e ao se chocar, divide o átomo em dois novos átomos liberando dois ou três neutros do núcleo. Porem este processo é muito perigoso, pois ao ocasionar este choque ocorre uma reação em cadeia, ou seja, os dois ou três nêutrons liberados do núcleo se chocam com outros átomos e dividem-no em dois, liberando mais dois ou três neutros de seu núcleo e este por sua vez repete o processo continuamente.

Figura 1. Exemplo de fissão nuclear com o átomo de Urânio-235.

Para se ter uma idéia do quanto este processo pode ser perigoso, se a quantidade de Urânio-235 for muito superior a 3,2% e a reação em cadeia não for controlada, podemos originar uma “bomba atômica”! Porem, para que possamos nos tranqüilizar, dois fatores são essenciais nas reações que encontramos nas Usinas Nucleares: A quantidade de Urânio-235 não ultrapassa os 3,2% permitidos e existe nos reatores um modelo de controle de reação, com o qual podemos parar a qualquer instante a reação nuclear ocorrida em seu interior.

Sabendo então como acontece a produção de energia dentro de um reator nuclear, nos resta saber como o mesmo funciona e quais são seus aspectos físicos. O reator nuclear é um compartimento onde ocorrem a reações nucleares por fissão ou fusão. No caso da reação nuclear pro fissão, o reator funciona como uma espécie de Central Térmica, pois é aquecido pela energia liberada pelo Urânio-235 e assim aquece a água no próximo estágio do Complexo Nuclear.

Figura 2. Modelo de Reator Nuclear num sistema de produção de energia elétrica de uma Usina Nuclear. Retirado do site: http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/nuclear/nuclear.htm, em 31/10/07 as 11hs08min.

Um reator Nuclear é a primeira barreira que existe para que não sejam liberadas radiações para o ambiente, existindo ainda num Complexo de produção de energia Nuclear, mais dois compartimentos que também possuem esta característica. Além disso, o Reator Nuclear de Fissão possui uma espécie de “varetas”, que são as responsáveis por controlar a reação nuclear que ocorre no seu interior, sendo assim o perigo de que ocorra uma reação em cadeia, também é inexistente aqui, pois ela poderia ser facilmente controlada através desse compartimento.

Para que possamos utilizar este processo de controle da reação nuclear é necessário que os nêutrons liberados pelos átomos de Urânio-235, sejam retirados do sistema de forma a não se chocarem com outros átomos. Devemos então acoplar a estas varetas que se localizam na parte superior do Reator Nuclear de Fissão, um elemento capaz de retirar esses nêutrons a fim de paralisar o sistema. Em geral, os elementos que usamos para controlar as reações nucleares por fissão são o Boro ou Cádmio, que possuem a propriedade de receber nêutrons, pois os seus núcleos aceitam receber mais nêutrons em seu estado natural, resultando assim na formação de isótopos de Boro ou Cádmio.

Funciona da seguinte maneira: Se as varetas estiverem para fora do Reator, a Reação Nuclear está acontecendo no seu máximo, porém ao detectar uma grande produção de Energia, a varetas vão se locomovendo pra dentro para subtrair os nêutrons da reação, podendo parar a geração de energia se estiver totalmente dentro do reator.

Agora que já podemos controlar a reação ocorrida dentro do reator de fissão e já sabemos qual o material utilizado para liberar energia, o reator nuclear pode funcionar sem transpor perigo algum as pessoas ou ao meio ambiente, onde sua função principal é transformar a energia nuclear, ocorrida da reação por fissão dentro de si, em energia térmica, aquecendo a água que se encontra num outro compartimento nas Usinas Nucleares geradoras de eletricidade. Além de transformar a energia nuclear em térmica, o reator também se caracteriza por ser a primeira barreira a impedir a radiação de entrar no meio-ambiente, e possui um mecanismo que podem a qualquer momento, controlar uma possível reação em cadeia, tornando-o principal componente dentro de um Sistema Gerador de Energia Nuclear.