Reatores a Partir de Fissão Nuclear

Reatores a partir de fissão nuclear.

        Em um reator nuclear, se é controlado o processo de fissão nuclear. A energia liberada durante esse processo é usada para transformar água em vapor, o que faz movimentar uma turbina, gerando energia elétrica.

        As liberações de energia por átomo em eventos nucleares individuais como na emissão alfa são, grosseiramente, um milhão de vezes maiores do que as liberações dos eventos químicos. Para fazer uso da energia nuclear em larga escala, devemos providenciar que um evento nuclear dispare o seguinte, até que o processo se alastre através de todo o volume do material como uma chama queimando na lenha. (HALLIDAY, 9ª ed, p. 301).

        O processo ao qual Halliday se refere é chamado de reação em cadeia, ocorre pelo fato em que em uma reação de fissão nuclear são gerados mais nêutrons do que consumidos, esses nêutrons produzidos podem causar fissão em núcleos de átomos adjacentes. Ela pode ser feita de modo controlado, para ser utilizada em um reator, ou de forma rápida em uma bomba nuclear.

        Reatores nucleares, como na maioria dos reatores atuais, usam a fissão do Urânio-325 por nêutrons lentos. O combustível normalmente é enriquecido artificialmente visando o fato de que de forma natural apenas 0,7% do núcleo do urânio é físsil.

        Mesmo com a média de 2,47 nêutrons de Urânio-235 para cada nêutron consumido, existem diversas dificuldades em disparar uma reação em cadeia.

        Uma parcela de nêutrons produzidos pode ir para fora do núcleo do reator e se perder da reação em cadeira, dependendo da porcentagem de nêutrons que fizerem isso, o reator não irá funcionar. Há também problemas relacionados a captura de nêutrons. É comum que sejam capturados pelo núcleo e emitam apenas raios gamas, sem continuar com a fissão.

        Reatores são revestidos com densas paredes/bases de cimento e aço, para impedir que a radiação produzida na liberação de energia da fissão, possa ter contato com seres vivos.

Reatores a partir de fusão nuclear

        Como a fusão libera uma energia maior, desde 1952, quando a primeira bomba de fusão explodiu, há esforço da comunidade científica, em tentar controlar um reator termonuclear.

        “Uma fonte de potência termonuclear sustentada e controlada    – um reator de fusão – provou ser muito mais difícil de se conseguir. O objetivo, no entanto, está sendo perseguido com vigor, porque o reator de fusão é visto por muitos como a última fonte de potência do futuro, pelo menos enquanto houver interesse em geração de energia elétrica.” (HALLIDAY, 9ª ed, p. 309).

        Existem três condições básicas para que um reator termonuclear de fusão opere com sucesso.

1.         Uma elevada densidade de partículas se é necessário para assegurar uma taca de colisão suficientemente elevada para a reação existir. Nas temperaturas elevadas para que ocorra a reação (utilizando dêuterons como exemplo), o gás deutério se ionizaria em forma de plasma.
2.         A temperatura de plasma deve ser muito elevada. Sem um plasma de alta temperatura, dêuterons em colisão não terão energia para penetrar as barreiras mútuas de Coulomb que os mantem afastados. Temperaturas de 5x108 K já foram obtidas em laboratório.
3.         Um longo tempo de confinamento se é necessário, pois o plasma precisa se manter quente, o que é um problema pois nenhum recipiente sólido atual consegue suportar as temperaturas necessárias.

                Para uma operação bem-sucedida de um reator termonuclear, densidade, temperatura e tempo devem ser grandes o bastante para uma condição chamada de critério de Lawson, que diz que a energia necessária deve ser de 50x1020 keV.s/m3.

                Existem duas técnicas que são utilizadas para satisfazer o critério de Lawson. O confinamento magnético, que utiliza campos magnéticos para conter o plasma enquanto sua temperatura é elevada. E o confinamento inercial, que utiliza uma pequena quantidade de combustível comprimido, para que a fusão aconteça tão rapidamente antes do combustível expandir e resfriar.