A obtenção de eletricidade a partir de processos de fissão nuclear é, sem dúvida, um aspecto importante da engenharia de energia moderna. Um reator nuclear é um dispositivo no qual uma reação nuclear controlada é realizada. Os reatores são os principais equipamentos das usinas nucleares onde a energia nuclear é convertida em eletricidade. Os reatores também são um dos elementos de propulsão de navios e submarinos.
Noções básicas de classificação de reatores nucleares
Os reatores nucleares podem ser divididos de acordo com vários critérios. Aqui estão alguns deles:
- Energia de nêutrons causadores de fissão:
- reator térmico, usa nêutrons térmicos, ou pelo menos com energias abaixo de cerca de 100 eV,
- um reator operando com nêutrons rápidos com energias principalmente na faixa de 50 a 100 keV.
- Combustível nuclear (na forma de metal, carbonetos ou óxidos, cerâmica):
- reator de urânio natural
- reator de urânio enriquecido
- reator operando em 239 232 Pu,
- reator operando em 232 Th (mais precisamente 233 U).
- Localização do combustível nuclear:
- reator homogêneo,
- reator heterogêneo.
- Moderador:
- reator de água,
- reator de água pesada,
- reator moderador de berílio,
- reator de grafite,
- reator sem moderador (rápido).
- refrigerante
- reator resfriado por água ou outro líquido,
- reator refrigerado a gás (ar, hélio, CO 2 , gás de dissociação),
- reator resfriado de metal líquido (sódio líquido e suas ligas, potássio, bismuto).
Observe que as divisões acima não são as únicas. Além disso, a classificação pode ser diferenciada devido ao material das mangas em que o combustível é colocado, ao grau de enriquecimento do combustível, ao tipo de construção dos elementos combustíveis, entre outros. O constante desenvolvimento tecnológico garante o surgimento de novas soluções e torna alguns dos reatores mencionados apenas de importância histórica.
Gerações de reatores
A primeira geração de reatores nucleares incluiu todos aqueles que foram criados nas décadas de 1950 e 1960. Ao mesmo tempo, eram protótipos de reatores da Geração II. Os primeiros reatores nucleares tiveram projetos retirados de programas militares. Durante a Segunda Guerra Mundial, eles foram usados principalmente para produzir plutônio. Os reatores de primeira geração caracterizavam-se pelo fato de terem a capacidade de recarregar o combustível durante a operação do reator, sem a necessidade de desligá-lo. Eram reatores de grafite. O urânio natural ou ligeiramente enriquecido foi usado como combustível. Água ou dióxido de carbono eram os refrigerantes. A segunda geração de reatores nucleares (construídos principalmente de 1970 a 1990) estabeleceu o objetivo de produzir eletricidade da maneira mais eficiente possível. Os reatores PWR ou BWR atualmente difundidos pertencem à segunda geração. No final da década de 1980, começaram as pesquisas sobre a introdução de uma série de mudanças e melhorias na construção e operação de reatores nucleares para entrar na terceira geração . Esta próxima geração inclui reatores nucleares que foram modificados e aprimorados para aumentar a segurança, bem como reduzir o custo de construção e operação da usina. O mercado de energia moderno e competitivo faz com que as soluções introduzidas com a terceira geração de reatores nucleares estejam se esgotando. A quarta geração de reatores nucleares inclui uma abordagem totalmente inovadora para a aquisição de energia nuclear . Leva em consideração métodos que diferem das soluções usadas atualmente. Muitos deles são reatores de água de pequena e média potência com projetos originais.
Reatores nucleares – divisão devido à sua construção
reatores tanque
- Reator de Água Pressurizada (PWR)
Estes são os reatores mais comumente usados para fins energéticos. O núcleo do reator PWR é colocado dentro de um tanque pressurizado com uma piscina de água. A água é um refrigerante e um moderador. Pelotas de dióxido de urânio encerradas em uma camisa de zircônio (ou aço inoxidável) são o combustível do reator PWR. Este reator tem dois circuitos. O circuito primário é água, que lava as varetas de combustível e transfere calor para o gerador de vapor. Depois de esfriar, ele retorna ao reator. No circuito secundário, o vapor gerado no gerador de vapor (aquecido pelo circuito primário) move as turbinas do reator.
- Reatores VVER (reator vodo-vodyanoi enyergeticheskiy)
São reatores PWR de média e alta potência, projetados na URSS. A sua construção não é muito diferente das ocidentais. Eles apresentam quatro camadas de proteção contra vazamentos. Dois tipos básicos de reatores VVER foram produzidos: VVER-440 e VVER-1000.
- Reator de água fervente (BWR)
No caso deste reator, não a água, mas o vapor é o refrigerante, bem como o meio de operação. A água no núcleo é levada ao ponto de ebulição e, na saída do reator, temos vapor saturado, que aciona uma turbina a vapor. Os reatores do tipo BWR possuem apenas um circuito. reatores de canal
- Reatores CANDU (deutério urânio canadense)
O reator CANDU é um exemplo de reator de água pesada – a água pesada, D 2 O, é o refrigerante e o moderador. Sua tarefa é diminuir a energia dos nêutrons. O urânio natural (sem enriquecimento) é usado como combustível. O reator CANDU foi originalmente projetado e construído no Canadá como o primeiro reator comercial de água pesada.
- Reatores RBMK (Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalniy)
RBMK é um reator de água fervente. O grafite é usado como moderador. A água recebe calor e, após virar vapor, aciona as turbinas. Nesse reator, não é a água, mas o grafite, que modera os nêutrons rápidos. O urânio natural sem enriquecimento é usado como combustível. Embora o reator RBMK seja um dos mais econômicos, ele apresenta várias falhas de projeto. 
Reatores nucleares – divisão por aplicação
Reatores de energia – sua principal tarefa é converter energia nuclear em eletricidade. Eles são usados em usinas de energia comerciais. Reatores de pesquisa/treinamento – neles são realizadas pesquisas e trabalhos científicos. Os reatores de pesquisa permitem realizar experimentos sobre a estrutura de sólidos e pesquisas sobre materiais e combustíveis nucleares para reatores de energia. Reatores para fins militares – nas forças armadas, reatores nucleares têm sido usados para produzir plutônio para a indústria de armamentos. Reatores de propulsão – uma das aplicações da energia nuclear é a propulsão de navios ou submarinos. Reatores de propulsão especialmente projetados são necessários para esta finalidade. Reatores de aquecimento – são utilizados para gerar a quantidade necessária de calor para fins de aquecimento em usinas de aquecimento nuclear. Reatores de alta temperatura – em reatores de alta temperatura, o calor é gerado, que é usado para fins tecnológicos. Reatores para fins especiais – esses tipos de reatores são usados principalmente por setores médicos ou industriais selecionados. Eles produzem radioisótopos para aplicações específicas.
