Geração de Energia Nuclear

Uma das principais utilizações da energia nuclear é a geração de energia elétrica. Usinas nucleares são usinas térmicas que usam o calor produzido na fissão para movimentar vapor de água, que, por sua vez, movimenta as turbinas em que se produz a eletricidade. Em um reator de potência do tipo PWR (termo, em inglês, para reator a água pressurizada), como os reatores utilizados no Brasil, o combustível é o urânio enriquecido cerca de 3,5%.

Isso significa que o urânio encontrado na natureza, que contém apenas 0,7% do isótopo 235U, deve ser processado ("enriquecido") para que essa proporção chegue a 3,5%. Em reatores de pesquisa ou de propulsão – estes últimos usados como fonte de energia de motores em submarinos e navios –, o enriquecimento pode variar bastante. Para a confecção de bombas nucleares, é necessário um enriquecimento superior a 90%.

Esquema de funcionamento de um reator a água pressurizada

O processo completo de obtenção do combustível nuclear é conhecido como ciclo do combustível e compreende diversas etapas: 

I) extração do minério do solo;
II) beneficiamento para separar o urânio de outros minérios;
III) conversão em gás do produto do beneficiamento, o chamado yellow cake (ou ‘bolo amarelo’);
IV) enriquecimento do gás, no qual a proporção de 235U é aumentada até o nível desejado;
V) reconversão do gás de urânio enriquecido para o estado de pó;
VI) fabricação de pastilhas a partir da compactação do pó;
VII) e finalmente a montagem dos elementos combustíveis, quando se colocam as pastilhas em cilindros metálicos que irão formar os elementos combustíveis do núcleo do reator.

A produção de energia elétrica na usina nuclear é dividida em três circuitos. No circuito primário, os átomos de urânio sofrem fissão, liberando energia em forma de calor, que aquece a água desse circuito. Essa água irá aquecer a água do circuito secundário, transformando-a num vapor que irá movimentar uma turbina. O movimento dessa turbina aciona um gerador elétrico, produzindo a energia elétrica. O terceiro circuito tem a função de resfriar o vapor utilizado no circuito anterior.

Atualmente, no mundo, estão em operação 440 reatores nucleares voltados para a geração de energia em 31 países. Outros 33 estão em construção. Cerca de 17% da geração elétrica mundial é de origem nuclear, a mesma proporção do uso de energia hidroelétrica e de energia produzida por gás.

Alguns países desenvolvidos têm seu abastecimento de energia elétrica com um alto percentual de geração nuclear. Entre eles, a França tem 78%, a Bélgica 57%, o Japão 39%, a Coréia do Sul 39%, a Alemanha 30%, a Suécia 46%, a Suíça 40%. Somente nos Estados Unidos, os 104 reatores em funcionamento, que geram 20% da eletricidade daquele país, produzem mais eletricidade que todo o sistema brasileiro de geração elétrica. Além desses reatores, funcionam mais 284 reatores de pesquisa em 56 países, sem contar um número estimado de 220 reatores de propulsão em navios e submarinos.

O que é enegia nuclear?

Energia nuclear é a energia liberada numa reação nuclear, ou seja, em processos de transformação de núcleos atómicos. Alguns isótopos de certos elementos apresentam a capacidade de se transformar em outros isótopos ou elementos através de reações nucleares, emitindo energia durante esse processo. Baseia-se no princípio da equivalência de energia e massa (observado por Albert Einstein), segundo a qual durante reações nucleares ocorre transformação de massa em energia.

A tecnologia nuclear tem a finalidade de aproveitar a energia nuclear, convertendo o calor emitido na reação em energia elétrica. Isso pode acontecer controladamente em reator nuclear ou descontroladamente em bomba atômica. Em outras aplicações aproveita-se da radiação ionizante emitida.

Usinas nucleares são aquelas cuja finalidade é de se produzir energia a partir da fusão ou, mais comumente, da fissão de átomos.

Usina Nuclear

Fusão e fissão nuclear:
Apesar de que os dois processos são opostos, ambos liberam extraordinária quantidade de energia.
A fusão consiste na união de dois núcleos de átomos. Em usinas nucleares costuma-se usar a fusão de dois isótopos (átomos com a mesma quantidade de prótons) do hidrogênio: o deutério (um próton e um nêutron) e o trítio (um próton e dois nêutrons). Aquecidos a altas temperaturas em um reator de fusão, os isótopos do hidrogênio se fundem, liberando muita energia e formando um núcleo do átomo hélio, que posteriormente liberará um nêutron, ficando com o nº de massa igual a 4. Esse é o mesmo processo que acontece a todo momento nas estrelas, e a temperatura necessária para que ocorra a fusão é de 6000ºC.

Se a fusão é a união de dois núcleos, a fissão é a quebra de um único núcleo em dois. O elemento mais usado para que ocorra a fissão nas usinas nucleares é o urânio (92 prótons) de nº de massa 238 ou 235. No reator nuclear um nêutron é atirado a um núcleo de urânio. Este, por sua vez, se quebra em dois núcleos menores, sendo um de bário (56 prótons) e um de criptônio (36 prótons). No processo, são liberados dois ou três nêutrons, que irão provocar a fissão em outros átomos, gerando reações em cadeia. A massa somada dos dois novos átomos e dos nêutrons liberados é menor do que a massa do átomo original, devido ao fato de que parte da matéria se converte em energia, respeitando a equação E = mc² (energia é igual à massa vezes a velocidade da luz – 299.792.458 m/s – ao quadrado). Isso explica a grande quantidade de energia produzida.

Reator Nuclear