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 da Energia 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.
Para saber mais:
- Apostila do CNEN, sobre Energia Nuclear, disponível no site: http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/energia.pdf.
- Trabalho dos Alunos Gustavo Santos Masili e Rodrigo José Gomes Alay Esteves, sobre Usinas Nucleares disponível no site: http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/nuclear/nuclear.htm
Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/fisica/reatores-nucleares-de-fissao/