Conheça a história dos reatores nucleares

Tradução e adaptação do texto publicado pelo The Conversation.

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Modelo em escala do reator de Fermi CP-1, abrigado, atualmente, na Universidade de Chicago.

A origem da energia nuclear

A energia nuclear começou embaixo de um estádio de futebol da Universidade de Chicago. Foi onde, em 1942, um grupo de cientistas liderado por Enrico Fermi criou o primeiro reator nuclear. Assim como todos os outros que se seguiram, o primeiro reator transformava átomos mais pesados em mais leves por um processo chamado de fissão nuclear, liberando grandes quantidades de energia, mais de um milhão de vezes maior do que uma reação química ordinária.

O grupo de Fermi trabalhou com urânio físsil alojado em blocos de grafite. Essa configuração diminuía a velocidade dos primeiros nêutrons criados suficientemente para continuar a reação. O reator de Fermi forneceu uma reação em cadeia controlada, inaugurando o caminho para eventos mais largos, capazes de suprir cidades e regiões inteiras com poder elétrico.

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Contra-Almirante Hyman Rickover

EM 1955, o contra-almirante Hyman Rickover observou a construção e fez o lançamento do submarino Nautilus. Para impulsioná-los, usou-se um líquido de arrefecimento à base água para extrair a energia liberada na fissão nuclear do urânio enriquecido. O líquido pressurizado tinha densidade suficiente para diminuir os nêutrons, permitindo a manutenção da reação em cadeia. Baseando-se no seu uso bem sucedido para submarinos e para a propulsão de veículos navais superficiais, o líquido foi adotado, posteriormente, para o poder nuclear comercial nos EUA e é usado, atualmente, para a produção energética, junto com seu relativo, o reator de vaporização.

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Os reatores evoluíram desde o período dos anos 60 em que teve seu desenvolvimento, usando outros refrigerantes, como gases, sais fundidos e metais líquidos – sódio e chumbo – que permitiam a operação a altas temperaturas e garantiam, portanto, ciclos mais eficientes.

A atenção ampla à segurança dos reatores, aos custos de manutenção e construção e o controle dos combustíveis é o que leva os reatores a serem implantados hoje – há cerca de 100 nos Estados Unidos e 400 por todo o mundo. Eles são, predominante, do mesmo tipo do utilizado pelo submarino Nautilus.

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Usina nuclear sendo construída na Geórgia, Estados Unidos.

A próxima geração do poder nuclear

A energia nuclear tem o potencial de suprir a eletricidade de países sem alternar com outras fontes de combustível, para contribuir com a estabilização do clima a partir da produção energética sem emissões de gases estuda e para substituir outras formas que poluem o ar. Ainda, para aumentar essas vantagens, engenheiros em laboratórios nacionais e universidades e no setor privado estão buscando, ativamente, inovações

  • Um reator que precisa ser alimentado apenas do urânio natural – ao contrário dos atuais, que funcionam a urânio enriquecido – e, portanto, podem trabalhar com todo o elemento que é disponível.
  • Um reator que use, como fonte, o combustível-lixo de outros reatores, reciclando-o. Esses já estão em operação na China e na Rússia, em construção na Rússia e na Índia e em projeto, na França.

Ambos são resfriados com sódio (ou, em um dos projetos, chumbo). Ambos elementos não desaceleram os nêutrons, são insensíveis a isso, visto que possuem grande massa atômica que a combinação hidrogênio-oxigênio na água. Eles são, adequadamente, chamados de “reatores rápidos”, em relação à rapidez dos nêutrons. A alta velocidade permite a interação dessas partículas com os materiais combustíveis para extrair o máximo de energia possível.

 

  • Um reator de alta temperatura, com resfriamento por gás Hélio. Um desses está sendo, agora, em construção na China. Esse reator usa combustível colocado em recipientes de grafite do tamanho de bolas de bilhar, conhecidos como “reatores do leito de cascalho”. Ele opera em temperaturas extremas que poderia ser capaz de produzir gás hidrogênio eficientemente.
  • Outro reator que opera a altas temperaturas e usa o mesmo tipo de combustível (urânio em bolas de grafite), mas usa um sal de fluoreto fundido, com menor massa atômica. Importantemente, as propriedades de tal sal permite a operação a temperaturas bastante elevadas para produzir eletricidade sem pressurização ou borbulhamento, então, de modo que estruturas substituintes como a apresentada na imagem abaixo possam ser empregadas.

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Cada um desses quatro reatores poderia aumentar a segurança e a economia da energia nuclear.

Aumentando a segurança dos reatores atuais

Para aumentar a aceitação industrial e comercial, esses novos conceitos devem, também, melhorar a performance no custo e na segurança. Então, cabe a substituição dos reatores que estão em operação na atualidade pelos reatores modernos e mais eficientes.

 

Os ganhos na segurança são relacionados à operação com base na própria natureza (como gravidade e circulação natural), sem depender tanto da energia elétrica. Tais sistemas poderia , ainda, promover uma melhor resolução perante algumas situações de emergência, através de refrigerantes mais eficientes, desprezando até mesmo a ação do operador.

Abordagens feitas para reduzir o custo dos reatores nucleares estão sendo feitas através de inovações em técnicas de construção que reduzem tanto os custos quanto o tempo deles serem construídos.

A necessidade de energia do mundo é larga e está crescendo. As 1,2 bilhões de pessoas que não têm acesso à eletricidade não podem ser ignoradas quanto à melhoria de sua qualidade de vida. A energia nuclear fornece uma fonte escalável e limpa de uma energia segura e escalável que, com outras fontes de energia limpas, podem suprir o mundo de maneira sustentável.

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