Funcionamento de um Reator PWR

A Reação Nuclear

          A reação nuclear ocorre quando um neutron colide com o átomo de um elemento e é por este absorvido. O núcleo desse átomo é levado a um nível de energia acima do normal; ou seja, fica excitado. Esse átomo tende então a a se fragmentar, no processo chamado "Fissão Nuclear".

Na fissão nuclear, a energia é liberada pela divisão do núcleo normalmente em dois pedaços menores e de massas comparáveis. Para núcleos pesados, existe a fissão em mais de dois pedaços, mas é muito rara, uma em 1 milhão para urânio. Pela lei de conservação de energia, a soma das energias dos novos núcleos mais a energia liberada para o ambiente em forma de energia cinética dos produtos de fissão e dos nêutrons liberados deve ser igual à energia total do núcleo original mais a energia do nêutron absorvido.

A fissão do núcleo raramente ocorre de forma espontânea na natureza, mas pode ser induzida se bombardearmos núcleos pesados com um nêutron, que, ao ser absorvido, torna o núcleo instável.

O 235U, por exemplo, ao ser bombardeado com um nêutron, fissiona em dois pedaços menores, emitindo normalmente dois ou três nêutrons. Se houver outros núcleos de 235U próximos, eles têm uma certa chance de ser atingidos pelos nêutrons produzidos na fissão. Se houver um grande número disponível de núcleos de urânio-235, a probabilidade de ocorrerem novas fissões será alta, gerando novos nêutrons, que irão gerar novas fissões, em uma reação em cadeia.

O Controle de uma Usina Nuclear PWR (Pressurized water reactors)

          A usina nuclear (ou termonuclear) difere da Térmica Convencional basicamente quanto à fonte de calor; enquanto em uma térmica convencional queima-se óleo, carvão ou gás na caldeira, em uma Usina Nuclear usa-se o potencial energético do urânio para aquecer a água que circula no interior do reator.

      Uma Usina Nuclear possui três circuitos de água: primário, secundário e de água de refrigeração. Esses circuitos são independentes um do outro; ou seja, a água de cada um deles não entra em contato direto com a do outro.

        No interior do vaso do reator, que faz parte do circuito primário, a água é aquecida pela energia térmica liberada pela fissão dos átomos de urânio. O calor dessa água é transferido para a água contida no gerador de vapor, que faz parte do circuito secundário. O vapor então produzido é utilizado para movimentar a turbina, a cujo eixo está acoplado o gerador elétrico, resultando então em energia elétrica. A água do circuito primário é aquecida até cerca de   300^o C; sua pressão é mantida em torno de 157 kgf/cm² (1kgf/cm² = 1 atmosfera), para que permaneça no estado líquido. Para se ter uma idéia deste valor de pressão, vale lembar que 1 kgf/cm² é uma pressão equivalente a uma coluna de 10 m de água, logo 157 Kgf/cm² é equivalente a uma coluna de aproximadamente 1,5 km.

      O vapor é condensado através de troca de calor com a água de refrigeração. A água condensada é bombeada de volta ao gerador de vapor, para um novo ciclo.

O Controle da Reação Nuclear

      Com o objetivo de controlar a reação em cadeia são inseridas Barras de Controle no Núcleo do Reator. Essas Barras são constituídas de uma liga de Prata, Cádmio e Índio e têm a propriedade de absorver neutrons, diminuindo assim o número de fissões.

      Através de inserção ou retirada das Barras de Controle podemos manter constante a população de neutrons e, conseqüentemente, a potência térmica do reator.

       Outra forma de controlar as fissões é a adição de Ácido Bórico à água no interior do reator. Esse produto é usado devido à propriedade que possui os seus átomos de absorver os neutrons situados na faixa de energia que provocaria fissões. Aumentando ou diminuindo a concentração de boro no refrigerante do reator fazemos o controle para termos maior ou menor número de fissões.

Fonte: Nuctec