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Cap. 13 Energia Nuclear: Fissão 365 FIGURA13.8 Construção da usina James A. FitzPatrick, mostrando a barreira primária. A barreira secundária é a estrutura circular. (NEWYORK POWER AUTHORITY) FIGURA13.9 Um prédio de reator BWR, mostrando a barreira primária e a secundária. O vapor em excesso seria condensado na câmara de supressão em caso de perda da água de refrigeração. Note o tanque de armazenagem do combustível exaurido. (WASH- 1250), (UNITED STATES DEPARTMENT OF ENERGY)
366 Energia e Meio Ambiente A água que rodeia os elementos combustíveis no reator serve a dois propósitos: 1 dissipar a energia térmica produzida no processo de fissão, e (2) moderar (desacelerar) os nêutrons produzidos na reação de fissão. A energia liberada na fissão aquece os elementos e a água circundante, transformando-a em vapor a aproximadamente 280°C (540°F). Os nêutrons produzidos na fissão são capturados por núcleos de 2 3 5 U no mesmo elementos combustível ou escapam através das paredes de zircônio para interagir em elementos combustíveis adjacentes. O segundo propósito da água no núcleo do reator é atuar como moderador. Os nêutrons no núcleo do reator têm uma melhor chance de serem capturados pelo 2 3 5 U e induzir a fissão se a sua energia cinética for baixa (a produção efetiva de energia do reator é reduzida se a energia dos nêutrons for muito alta). Conseqüentemente, os nêutrons são desacelerados por meio de colisões com os núcleos de hidrogênio (prótons 5 da H 2 0, perdendo uma boa parte da sua energia original. As massas relativas dos dois objetos em colisão é importante: uma bola de tênis colidindo com outra bola de tênis perderá mais de sua energia cinética do que se tivesse colidido com uma bola de boliche. Um nêutron com 2 MeV irá desacelerar até 0,025 eV em aproximadamente 10 -5 segundos após 18 colisões (em média) com a água. D. Tipos de Reatores a Água Leve Existem dois tipos comuns a reatores a água leve, ou LWRs 8 : reatores a água fervente (BWRs) e reatores a água pressurizada (PWRs). 9 Noventa por cento da energia nuclear comercial nos Estados Unidos, e 80% no mundo, são produzidos por estes dois tipos de reatores. Sessenta por cento deles são PWRs, inclusive aquele que falhou em Three Mile Island. O esquema de um PWR é mostrado na Figura 13.10. A água no núcleo é aquecida a aproximadamente 315°C (600°F), mas não se transforma em vapor por causa da pressão no circuito primário (2.000 lb/pol 2 , comparada com 1.000 psi em um BWR). Um trocador de calor ou "gerador de vapor" se localiza entre o circuito primário e o circuito secundário; ele é utilizado para transferir calor para a água no circuito secundário para transformá-la em vapor. O circuito secundário atua da mesma forma que o circuito primário em um BWR; o vapor movimenta a turbina, passa por um condensador, e é bombeado novamente para o trocador de calor. A radioatividade que está presente no circuito primário de um PWR é melhor confinada do que em um BWR, já que o circuito primário jamais entra em contato com a turbina ou o condensador. Porém, devido à pressão mais alta, vasos de pressão de reator mais robustos são necessários para um PWR. Os dados dos combustíveis para estes dois tipos de reatores são fornecidos na Tabela 13.2. 8 N.T.: LWRs (Light Water Reactors), nos Estados Unidos, utilizam água comum como refrigerante/moderador. Os reatores canadenses utilizam a água pesada, ou óxido de deutério. 9 N.T.: Do inlgês "Pressurized Water Reactors".
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