A energia nuclear, uma fonte de energia limpa e confiável, abastece milhões de lares americanos diariamente. Gerado através da fissão nuclear, este processo de emissão zero envolve a divisão de átomos de urânio para produzir calor e sustentar a reação. A investigação nuclear moderna centra-se na melhoria dos designs dos reactores e da eficiência do combustível para satisfazer as necessidades energéticas globais de forma sustentável.
O que é energia nuclear?
A energia nuclear é a maior e mais confiável fonte de energia limpa do mundo e fornece eletricidade às casas de dezenas de milhões de pessoas na América todos os dias. Para combater as alterações climáticas, o mundo necessitará de novas e melhores formas de aproveitar esta fonte de energia, que é produzida por reactores nucleares através de um processo que gera zero gases com efeito de estufa. Mas como é que os reactores nucleares fornecem tanta energia sem emissões? — Tudo começa com o calor.
Roger Blomquist, Engenheiro Nuclear Principal da Divisão de Engenharia Nuclear, analisa a energia nuclear – a maior e mais confiável fonte de energia limpa do mundo. Dezenas de milhões de pessoas na América dependem diariamente da energia nuclear para gerar a electricidade que alimenta as suas casas. O processo de conversão de energia nuclear em eletricidade começa em um reator nuclear. Num reator, os átomos de um elemento conhecido como urânio se dividem, criando calor. Esse calor é usado para gerar vapor e, em seguida, o vapor é usado para girar uma turbina eólica, que por sua vez produz eletricidade. Comparado à queima de combustíveis, o processo de geração de energia nuclear não libera dióxido de carbono, fuligem ou outros produtos químicos nocivos, o que a torna uma fonte de energia com emissão zero.
O calor é liberado em um reator nuclear quando os átomos se dividem, um processo conhecido como fissão. Os átomos, os blocos de construção da matéria, são feitos de três partículas – nêutrons e prótons que estão unidos, formando o que é conhecido como núcleo do átomoe elétrons, que são partículas carregadas negativamente que orbitam o núcleo.
Os reatores nucleares dividem átomos de urânio, um elemento levemente radioativo, para formar calor. Este processo libera calor e nêutrons. Alguns desses nêutrons colidem com outros átomos de urânio, causando sua fissão, o que mantém a reação nuclear em andamento.
Todas essas séries de reações de fissão ocorrem dentro de uma parte do reator nuclear conhecida como barra de combustível, um longo tubo cilíndrico soldado que contém o urânio. Um conjunto de combustível descreve um pacote embalado de 100 a 200 dessas varetas. Todo o núcleo do reator é composto de centenas de conjuntos de combustível agrupados em um grande formato de cilindro, de modo que normalmente há dezenas de milhares de barras de combustível no núcleo do reator.
Crédito: Laboratório Nacional Argonne
Em uma usina nuclear típica, a água flui sobre as barras de combustível no núcleo do reator para resfriá-lo. Esse calor aumenta a temperatura da água fazendo com que ela se transforme em vapor. Esse vapor é enviado para uma turbina conectada a um gerador. A pressão do vapor faz a turbina girar, um pouco como um moinho de vento. O gerador, como todos os outros geradores de eletricidade, utiliza o movimento mecânico da turbina para gerar eletricidade. Por fim, após passar pela turbina, o vapor é resfriado, convertendo-o novamente em água para que possa ser reaproveitado. Ao contrário da queima de combustíveis fósseis, a fissão não liberta dióxido de carbono, fuligem ou outros produtos químicos nocivos, razão pela qual é uma fonte de energia com emissões zero.
Embora os dois tipos mais comuns sejam o reator de água pressurizada (PWR) e o reator de água fervente (BWR), novos projetos para reatores nucleares foram desenvolvidos. O desenvolvimento de reatores nucleares continua hoje porque estas e mais novas tecnologias avançadas de reatores podem ajudar a atender às crescentes demandas energéticas do mundo sem contribuir para o aquecimento global. Na vanguarda do avanço da energia nuclear estão laboratórios como o Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE).
Com o apoio do DOE, os cientistas de Argonne estão a investigar novos projetos de reatores e tecnologias de reciclagem de combustível que podem aumentar a segurança, tornar as operações das centrais nucleares mais eficientes, reduzir a quantidade de resíduos nucleares e reduzir o tempo e os custos de construção. O seu trabalho baseia-se no longo legado de investigação nuclear a partir do qual o laboratório foi fundado. A partir da década de 1940, Argonne liderou o desenvolvimento de usos pacíficos da energia nuclear. Enquanto Argonne pesquisa, projeta e experimenta formar a base de todos os reactores nucleares comerciais utilizados actualmente, os seus investigadores também estão na vanguarda de novos avanços para a próxima geração de reactores.
Crédito: Laboratório Nacional Argonne
O que é energia nuclear?
Uma fonte de energia limpa e confiável que pode desempenhar um papel vital na descarbonização da economia dos EUA.
O urânio em um reator nuclear produz calor quando se divide, ou fissão, que é o que acontece quando um frágil núcleo atômico de urânio -235 (U-235) é atingido por um nêutron. Ao mesmo tempo, a fissão produz vários nêutrons que podem causar ainda mais fissões, proporcionando um fornecimento suave e estável de calor que é usado para produzir eletricidade. Enormes quantidades de calor – e, por sua vez, eletricidade – são produzidas utilizando quantidades extremamente pequenas de combustível.