As centrais nucleares produzem electricidade a partir do calor que se manifesta em consequência da cisão de núcleos atómicos do combustível nuclear, presente no chamado núcleo do reactor. A energia libertada na reacção de cisão nuclear consiste sobretudo em energia cinética dos fragmentos de cisão (cerca de 85%), os quais se repelem por terem carga eléctrica do mesmo sinal. Da interacção dos fragmentos de cisão com a matéria contígua, resulta a absorção praticamente instantânea da quase totalidade da sua energia cinética. Em consequência, o núcleo do reactor aquece em resultado das reacções de cisão nuclear que ocorrem no combustível.
Para potências de funcionamento típicas das centrais nucleares, é necessário remover continuamente a energia, fazendo circular um fluido de refrigeração através do combustível nuclear. Em geral, a energia removida é parcialmente transferida, num permutador de calor – o gerador de vapor –, para a água de um segundo circuito fechado que é aquecida até à ebulição. O vapor de água sob pressão assim obtido é enviado para uma série de turbinas com o mesmo eixo de rotação, o qual está ligado a um gerador eléctrico ou alternador que converte em electricidade o movimento de rotação das turbinas. Após a sua passagem pelas turbinas, o vapor do circuito secundário é condensado e a água assim obtida é reenviada para o permutador de calor. O condensador é, afinal, um permutador de calor onde o vapor proveniente das turbinas cede o calor à água de um terceiro circuito (proveniente do mar, de um rio, por exemplo).
O conjunto formado pelo reactor nuclear e pelas máquinas que lhe estão associadas, para gerar electricidade, constitui aquilo a que se chama um grupo electroprodutor de uma central nuclear (que engloba, em geral, vários grupos). A parte específica de uma central nuclear – o reactor nuclear – é formada pelos seguintes constituintes fundamentais no caso de um reactor nuclear a neutrões térmicos (como é o PWR -- Pressurized Water Reactor -- esquematizado na figura abaixo):
· combustível nuclear (à base, por exemplo, de urânio-235, onde tem lugar a reacção de cisão nuclear em cadeia);
· moderador: material presente no núcleo do reactor para reduzir a energia cinética dos neutrões (exemplos de moderadores: água, água pesada e grafite);
· reflector: material que se coloca à volta do núcleo do reactor para fazer regressar ao sistema alguns dos neutrões que tendem a escapar-se (as propriedades dos reflectores são idênticas às dos moderadores);
· barras de comando da reacção em cadeia, constituídas por substâncias muito absorventes de neutrões;
· fluido de refrigeração destinado a arrefecer o núcleo do reactor;
· escudo biológico que protege o exterior contra o efeito das radiações emitidas (pelos produtos de cisão, em grande parte).
Esquema de um Pressurized Water Reactor (PWR)
Bainha – Camada exterior de matéria aplicada directamente sobre o combustível nuclear, afim de: (1) garantir a sua protecção contra um meio quimicamente activo; (2) reter os produtos radioactivos formados durante a irradiação do combustível; ou (3) proporcionar um elemento de estrutura.
Barra de comando (de um reactor nuclear) – Elemento de comando em forma de barra. Tipos de barras de comando: barras de regulação, para ajuste da reactividade do reactor, e barras de segurança, para paragem de urgência do reactor.
Circuito primário de refrigeração – Circuito em que circula um fluido de refrigeração utilizado para extrair energia de uma fonte de calor primária, tal como o núcleo de um reactor nuclear.
Circuito secundário de refrigeração – Circuito em que circula um fluido de refrigeração utilizado para extrair energia do circuito primário de refrigeração.
Comando de um reactor – Modificação intencional da taxa de cisões num reactor nuclear, ou ajuste da reactividade, com vista a garantir o estado de funcionamento desejado.
Combustível nuclear – Matéria contendo nuclidos cindíveis que, colocada num reactor, permite que aí se desenvolva uma reacção de cisão nuclear em cadeia.
Contentor de retenção – Edifício fechado cobrindo por completo um reactor nuclear (e, eventualmente, certos circuitos auxiliares contendo substâncias radioactivas) destinado a impedir – ou a limitar a uma quantidade admissível – a dispersão de substâncias radioactivas para além da zona controlada, mesmo em caso de acidente.
Criticidade – Estado de um meio ou de um sistema tornado crítico, isto é, no qual se desenvolve e auto-sustenta uma reacção de cisão nuclear em cadeia, em regime estacionário.
Crítico – Que satisfaz as condições necessárias para que um meio, onde se desenvolve uma reacção de cisão nuclear em cadeia, tenha um factor de multiplicação efectivo igual a 1.
Cuba (ou vaso, de um reactor nuclear) – Recipiente principal que envolve o núcleo do reactor, pelo menos.
Elemento de combustível – O menor elemento estrutural do núcleo de um reactor nuclear cujo principal constituinte é um combustível nuclear.
Factor de multiplicação – Razão entre o número total de neutrões produzidos num reactor nuclear num dado intervalo de tempo e o número total de neutrões perdidos, por absorção ou por escape, no mesmo intervalo de tempo. Quando este parâmetro diz respeito ao núcleo de um reactor com dimensões muito elevadas (“infinitas”), designa-se por factor de multiplicação infinito (k¥); no caso contrário, designa-se por factor de multiplicação efectivo (ke).
Massa crítica – Valor mínimo da massa de uma matéria cindível que pode conduzir a uma situação de criticidade. É de salientar que a massa crítica depende não só da composição da matéria cindível, mas também da sua disposição geométrica.
Moderação – Diminuição da energia cinética dos neutrões em consequência de reacções de dispersão com núcleos atómicos de uma substância apropriada (contendo átomos leves).
Moderador – Substância utilizada nos reactores nucleares para reduzir a energia cinética dos neutrões, por meio de reacções de dispersão e sem captura apreciável. Exemplos de moderadores: água, água pesada e grafite.
Neutrões térmicos – Neutrões que se encontram em equilíbrio térmico com o meio em que se encontram. Se a temperatura do meio for 20 oC, a velocidade mais provável dos neutrões térmicos é 2200 m/s, a que corresponde a energia de 0,025 eV.
Núcleo (do reactor) – Região de um reactor nuclear em que pode ter lugar uma reacção de cisão nuclear em cadeia. A parte essencial do núcleo do reactor é o combustível nuclear.
Paragem do reactor – Actuação sobre a reacção de cisão nuclear em cadeia para levar o reactor a um estado sub-crítico (factor de multiplicação efectivo < 1). A actuação pode consistir na introdução de barras de comando no núcleo do reactor.
Potência térmica total (de um reactor) – Energia total dissipada no núcleo de um reactor nuclear, por unidade de tempo, em resultado das cisões nucleares que nele ocorrem. Para a energia total concorrem quer a energia dissipada instantaneamente (fragmentos de cisão, por exemplo) quer diferidamente (radioactividade dos produtos de cisão).
Potência térmica utilizável (de um reactor) – Parte da potência térmica total que pode ser evacuada a uma temperatura tal que permite a sua utilização como fonte de energia. Na prática, trata-se da energia evacuada através do circuito primário de refrigeração.
Reactividade – Parâmetro que traduz o desvio, em relação ao estado crítico, de um reactor nuclear em que se produz uma reacção de cisão nuclear em cadeia. Designa-se por r e é dado pela relação r = (ke – 1)/ke, em que ke representa o factor de multiplicação efectivo. Note-se que a reactividade do sistema pode ser nula (r = 0, se ke = 1), assumir valores positivos (r > 0, se ke > 1) ou valores negativos (r < 0, se ke < 1).
Reactor nuclear (de cisão) – Dispositivo em que uma reacção auto-sustentada de cisão nuclear em cadeia pode ser mantida e controlada. Os produtos úteis resultantes do funcionamento de um reactor nuclear são, no essencial, de dois tipos: energia e neutrões. Nas centrais nucleares, aproveita-se a energia (calor); nos reactores nucleares de investigação, utilizam-se os neutrões (o reactor constitui a fonte de radiação).
Reactor nuclear a neutrões térmicos (ou reactor a neutrões térmicos) – Reactor em que as cisões nucleares são provocadas predominantemente por neutrões térmicos.
Reactor nuclear de potência (ou Reactor de potência) – Reactor nuclear concebido principalmente para produzir energia. Exemplos: reactores de produção de electricidade ou de calor; reactores utilizados para a propulsão de navios.
Reflector – Matéria ou objecto material que “reflecte”, por dispersão, uma radiação que nela(e) incide. Em tecnologia dos reactores nucleares, este termo designa o material que se coloca à volta do núcleo do reactor para fazer regressar ao sistema alguns dos neutrões que tendem a escapar-se. Exemplos de reflectores de neutrões: água, água pesada, grafite e berílio. As propriedades dos reflectores são idênticas às dos moderadores.
Refrigerante – Fluido que se faz circular através do núcleo de um reactor nuclear para evacuar a energia nele produzido. O fluido que atravessa o núcleo do reactor é o refrigerante primário, o qual, geralmente, é utilizado para aquecer, num permutador de calor, um refrigerante secundário, que não circula pelo núcleo.
Cf. http://energianuclear-bases.blogspot.com/2011/11/energia-nuclear-glossario.html
