Trabalho de Reator Nuclear - Av3

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CENTRO UNIVERSITÁRIO JORGE AMADO – UNIJORGE 
 
 
 
 
 
 
 
HUBERLÂNDIO GUIMARÃES GOMES 
 
 
 
 
 
 
REATOR NUCLEAR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Salvador – BA 
2014
HUBERLÂNDIO GUIMARÃES GOMES 
 
 
 
 
 
 
REATOR NUCLEAR 
 
 
 
 
 
Trabalho apresentado para a 
disciplina de Cinética e Calculo de 
Reatores, como requisito básico para a 
apresentação do mesmo no Curso de 
Engenharia Petróleo e Gás. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Salvador – BA 
2014 
 
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SUMÁRIO 
 
 
1 INTRODUÇÃO .................................................................................... 4 
2 CARACTERÍSTICAS.............................................................................5 
3 FASES DE UTILIZAÇÃO.. .................................................................. 6 
4 PRINCIPAL UTILIZAÇÃO.................................................................... 10 
5 VANTAGENS .......................................................................................11 
6 DESVANTAGENS..................................................................................12 
7 EXEMPLOS DE APLICAÇÃO...............................................................13 
8 BIBLIOGRAFIA ................................................................................... 14 
 
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1. INTRODUÇÃO 
Nos dias de hoje, o Brasil e o mundo tem discutido sobre os mais diversos tipos 
de geração de energia, porém é possível observar a preocupação das grandes economias 
do mundo sobre a utilização a Energia Nuclear, em decorrência do acidente nas usinas 
nucleares do Japão e bem como sua aplicação para destruição em massa, um grande 
interesse sobre os reatores nucleares, o acompanhamento das causas do acidente, sua 
evolução e as ações tomadas. Para tanto é necessário um conhecimento técnico do setor 
sobre os fenômenos envolvidos e a engenharia associada a um reator nuclear. E para 
que esse esclarecimento aconteça vamos abordar seus conceitos, características, 
vantagens, desvantagens e suas aplicações, afim de garantir um melhor entendimento do 
tema abordado. 
 
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2. CARACTERÍSTICAS 
Um reator nuclear nada mais é que um dispositivo utilizado nas usinas nucleares 
ou termonucleares para controlar a reação de fissão nuclear. Essa reação é realizada de 
forma descontrolada, como por exemplo, na explosão de bombas atômicas. Mas os 
reatores possuem mecanismos que impedem o descontrole, fazendo com que a reação 
seja controlada e reaproveitada para gerar energia elétrica. 
O sucesso do controle acontece, porque o reator é montado de uma forma que 
intercala barras do combustível físsil – que normalmente é o urânio enriquecido (urânio 
com grande quantidade de urânio 235) ou o plutônio 239, com barras de moderador de 
nêutrons. Esses moderadores podem ser barras de carbono na forma de grafite, de 
cádmio ou água pesada (D2O), que é usada nos reatores mais modernos. A água pesada 
é diferente da água normal, pois, em sua constituição, no lugar de átomos de hidrogênio 
comuns, ela possui átomos do deutério, que é um isótopo mais pesado que o hidrogênio. 
Partes dos nêutrons liberados na fissão nuclear colidem com os núcleos dos 
moderadores, que absorvem os nêutrons sem sofrer fissão. O resultado é que a reação de 
fissão em cadeia fica controlada, pois somente um dos nêutrons liberados em cada 
fissão pode reagir novamente. A energia gerada em forma de calor faz com que a 
temperatura da água se eleve no interior do reator, a ponto de ela ser transformada em 
vapor. Esse vapor aciona uma turbina, que gera a energia elétrica. 
 
 
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3. FASES DE UTILIZAÇÃO 
a. COMBUSTÍVEL NUCLEAR 
O urânio-235, por analogia, é chamado de combustível nuclear, porque pode 
substituir o óleo ou o carvão, para gerar calor. Não há diferença entre a energia gerada 
por uma fonte convencional (hidroelétrica ou térmica) e a energia elétrica gerada por 
um Reator Nuclear. 
 
b. VARETAS DE COMBUSTÍVEL 
A Vareta de Combustível é a primeira barreira que serve para impedir a saída de 
material radioativo para o meio ambiente. 
As varetas, contendo o urânio, conhecidas como Varetas de Combustível, são 
montadas em feixes, numa estrutura denominada ELEMENTO COMBUSTÍVEL. 
 
 
Figura 01. Esquema de utilização das varetas de combustível em um reator nuclear. 
 
As varetas são fechadas, com o objetivo de não deixar escapar o material nelas 
contido (o urânio e os elementos resultantes da fissão) e podem suportar altas 
temperaturas. Os elementos resultantes da fissão nuclear (produtos de fissão ou 
fragmentos da fissão) são radioativos, isto é, emitem radiações e, por isso, devem ficar 
retidos no interior do Reator. 
 
c. BARRAS DE CONTROLE 
Na estrutura do Elemento Combustível existem tubos guias, por onde podem 
passar as Barras de Controle, geralmente feitas de cádmio, material que absorve 
nêutrons, com o objetivo de controlar a reação de fissão nuclear em cadeia. Quando as 
barras de controle estão totalmente para fora, o Reator está trabalhando no máximo de 
sua capacidade de gerar energia térmica. 
 
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Quando elas estão totalmente dentro da estrutura do Elemento Combustível, o 
Reator está “parado” (não há reação de fissão em cadeia). 
 
d. VASO DE PRESSÃO 
O Vaso de Pressão do Reator é a segunda barreira física que serve para impedir a 
saída de material radioativo para o meio ambiente. 
Os Elementos Combustíveis são colocados dentro de um grande vaso de aço, 
com “paredes”, no caso de Angra 1, de cerca de 33 cm e, no caso de Angra 2, de 23,5 
cm. 
 
Figura 02. Demonstração do uso do vaso de pressão em um reator nuclear. 
 
Esse enorme recipiente, denominado Vaso de Pressão do Reator, é montado 
sobre uma estrutura de concreto, com cerca de 5 m de espessura na base. 
 
e. CIRCUITO PRIMÁRIO 
O Vaso de Pressão contém a água de refrigeração do núcleo do reator (os 
elementos combustíveis). Essa água fica circulando quente pelo Gerador de Vapor, em 
circuito, isto é, não sai desse Sistema, chamado de Circuito Primário. A água que 
circula no Circuito Primário é usada para aquecer uma outra corrente de água, que passa 
pelo Gerador de Vapor. 
 
Figura 03. Esquema geral do circuito primário. 
 
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f. CIRCUITO SECUNDÁRIO 
A outra corrente de água, que passa pelo Gerador de Vapor para ser aquecida e 
transformada em vapor, passa também pela turbina, em forma de vapor, acionando-a. É, 
a seguir, condensada e bombeada de volta para o Gerador de Vapor, constituindo um 
outro Sistema de Refrigeração, independente do primeiro. O sistema de geração de 
vapor é chamado de Circuito Secundário. 
 
g. INDEPENDÊNCIA ENTRE OS SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO 
A independência entre o Circuito Primário e o Circuito Secundário tem o 
objetivo de evitar que, danificando-se uma ou mais varetas, o material radioativo 
(urânio e produtos de fissão) passe para o Circuito Secundário. É interessante mencionar 
que a própria água do Circuito Primário é radioativa. 
 
h. CONTENÇÃO 
A Contenção é a terceira barreira que serve para impedir a saída de material 
radioativo para o meio ambiente. 
O Vaso de Pressão do Reator e o Gerador de Vapor são instalados em uma 
grande “carcaça” de aço, com 3,8 cm de espessura em Angra 1. 
Esse envoltório, construído para manter contidos os gases ou vapores possíveis de 
serem liberados durante a operação do Reator, é denominado Contenção. No caso de 
Angra 1, a Contenção tem a forma de um tubo (cilindro). Em Angra 2 é esférica. 
 
 
Figura 05. Exemplosde contenções em usinas nucleares no Brasil. 
 
 
i. EDIFÍCIO DO REATOR 
 
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O Edifício do Reator, construído em concreto e envolvendo a Contenção de aço, 
é a quarta barreira física que serve para impedir a saída de material radioativo para o 
meio ambiente e, além disso, protege contra impactos 
externos (queda de aviões e explosões). 
 
Figura 06. Modelo de um Edifício do Reator.
 
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4. PRINCIPAL UTILIZAÇÃO 
De maneira simplificada, o Reator Nuclear é um equipamento onde se processa 
uma reação de fissão nuclear, assim como um reator químico é um equipamento onde se 
processa uma reação química. 
Um Reator Nuclear para gerar energia elétrica é, na verdade, uma Central 
Térmica, onde a fonte de calor é o urânio-235, em vez de óleo combustível ou de 
carvão. É, portanto, uma Central Térmica Nuclear. 
 
 
Figura 07. Esquema geral do funcionamento de uma usina nuclear ou termonuclear.
 
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5. VANTAGENS 
A principal vantagem da energia nuclear é a não utilização de combustíveis 
fósseis. Considerada como vilã no passado, a Energia Nuclear passou gradativamente a 
ser defendida por ecologistas de nome como James E. Lovelock por não gerarem gases 
de efeito estufa. Estes ecologistas defendem uma mudança em direção à energia nuclear 
como forma de combater o aquecimento global argumentando que particularmente áreas 
contaminadas por acidentes nucleares como a região de Chernobyl se tornam em 
parques ecológicos perfeitos com natureza plena e selvagem. 
 Em comparação com a geração hidroelétrica, a geração a partir da energia 
nuclear apresenta a vantagem de não necessitar o alagamento de grandes áreas para a 
formação dos lagos de reservatórios, evitando assim a perda de áreas de reservas 
naturais ou de terras agriculturáveis, bem como a remoção de comunidades inteiras das 
áreas que são alagadas. Outra vantagem da energia nuclear em relação à geração 
hidrelétrica é o fato de que a energia nuclear é imune a alterações climáticas futuras que 
porventura possam trazer alterações no regime de chuvas. 
 Para tanto podemos citar as principais vantagens da utilização da energia 
nuclear: 
• É uma fonte mais concentrada na geração de energia; 
• Uma pequena quantidade de urânio abastece uma cidade inteira; 
• Não causa nenhum efeito de estufa ou chuvas ácidas; 
• É fácil de transportar como novo combustível; 
• Tem uma base científica extensiva para todo o ciclo; 
• É uma fonte de energia segura, pois o número de acidentes ocorridos até 
à data é extremamente reduzido; 
• Permite reduzir o déficit comercial; 
 
A energia nuclear é uma energia não renovável, que como todas as outras tem as 
suas vantagens e desvantagens. 
 
 
 
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6. DESVANTAGENS 
Baseado nas palavras redigidas anteriormente, por se tratar de uma energia não 
renovável, torna-se uma das desvantagens, uma vez que o recurso utilizado para 
produzir este tipo de energia se esgotará futuramente e ainda em tempo às elevadas 
temperaturas da água utilizada no aquecimento causam a poluição térmica, pois esta é 
lançada nos rios e nas ribeiras, destruindo assim ecossistemas e interferindo com o 
equilíbrio destas mesmas. 
Ainda nos seus aspectos negativos e apesar de existirem sistemas de elevada 
segurança, de modo a tentar minimizar e evitar que estas falhas (humanas ou técnicas) 
aconteçam, o risco e as conseqüências de um acidente causarão uma catástrofe. Um 
grande exemplo disso foi em 26 de abril de 1986, na URSS, quando um reator número 4 
da usina soviética de Tchernobil (Ucrânia) explodiu durante um teste de segurança, 
causando a maior catástrofe nuclear civil da história e fazendo mais de 25 mil mortos 
(estimativas oficiais). Durante dez dias, o combustível nuclear queimou, jogando na 
atmosfera radionuclídeos de uma intensidade equivalente a mais de 200 bombas 
atômicas iguais à que caiu em Hiroshima. Três quartos da Europa foram contaminados. 
Moscou tentou encobrir o desastre e, depois, minimizar o acidente, classificado em 
nível sete. A formação de resíduos nucleares perigosos e a emissão causal de radiações 
causam a poluição radioativa. Os resíduos são um dos principais inconvenientes desta 
energia, visto que atualmente não existem planos para estes resíduos, quer de baixo ou 
alto nível de radioatividade. Estes podem ter um período de vida de até 300 anos após 
serem produzidos podendo assim prejudicar as gerações vindouras. 
Além disso, a mesma pode ser utilizada para fins bélicos, para a construção de 
armas nucleares. Esta foi uma das primeiras utilizações da energia nuclear. É uma das 
grandes preocupações a nível mundial, porque projetos nucleares como o do Irão, 
ameaçam a estabilidade econômica e social. 
 
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7. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO 
Segue abaixo, separados por tópicos, relação de alguns exemplos de aplicações dos 
reatores e energia nuclear. 
 
a. TRAÇADORES RADIOATIVOS 
As radiações emitidas por radioisótopos podem atravessar a matéria e, 
dependendo da energia que possuam, são detectadas (“percebidas”) onde estiverem, 
através de aparelhos apropriados, denominados detectores de radiação. Dessa forma, o 
deslocamento de um radioisótopo pode ser acompanhado e seu percurso ou “caminho” 
ser “traçado” num mapa do local. Por esse motivo, recebe o nome de traçador 
radioativo. 
 
b. RADIOTERAPIA 
A radioterapia teve origem na aplicação do elemento rádio pelo casal Curie, para 
destruir células cancerosas, e foi inicialmente conhecida como “Curieterapia”. 
Posteriormente, outros radioisótopos passaram a ser usados, apresentando um maior 
rendimento. 
O iodo-131 também pode ser usado em terapia para eliminar lesões, identificadas nos 
radiodiagnósticos da tireóide, aplicando-se, no caso, uma dose maior do que a usada nos 
diagnósticos. 
O iodo radioativo apresenta as características ideais para aplicação em Medicina, tanto 
em diagnóstico como em terapia: 
• tem meia-vida curta; 
• é absorvido preferencialmente por um órgão (a tireóide); 
• é eliminado rapidamente do organismo; 
• a energia da radiação gama é baixa. 
Fontes radiativas (= fontes de radiação) de césio-137 e cobalto-60 são usadas para 
destruir células de tumores, uma vez que estas são mais sensíveis à radiação do que os 
tecidos normais. 
 
c. APLICAÇÕES NA AGRICULTURA 
É possível acompanhar, com o uso de traçadores radioativos, o metabolismo das 
plantas, verificando o que elas precisam para crescer, o que é absorvido pelas raízes e 
pelas folhas e onde um determinado elemento químico fica retido. Uma planta que 
 
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absorveu um traçador radioativo pode, também, ser “radiografada”, permitindo localizar 
o radioisótopo. Para isso, basta colocar um filme, semelhante ao usado em radiografias 
e abreugrafias, sobre a região da planta durante alguns dias e revelá-lo. Obtém-se o que 
se chama de auto-radiografia da planta. 
 
d. APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA 
A aplicação de radioisótopos mais conhecida na indústria é a radiografia de 
peças metálicas ou gamagrafia industrial. 
Os fabricantes de válvulas usam a gamagrafia, na área de Controle da Qualidade, para 
verificar se há defeitos ou rachaduras no corpo das peças. 
 
 
Figura 08. Ilustração de uma aplicação de energia nuclear na indústria. 
 
As empresas de aviação fazem inspeções freqüentes nos aviões, para verificar se 
há “fadiga” nas partes metálicas e soldas essenciais sujeitas a maior esforço (por 
exemplo, nas asas e nas turbinas) usando a gamagrafia. 
 
 
Figura 09. Ilustração do uso de energia nuclear na aviação. 
 
 
 
 
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8. BIBLIOGRAFIA 
 
Claúdia Lobato, Enciclopédia Temática Juvenil, Editora: Multilar, 10º Edição 
Geografia 10 – parte 2, Editora: Areal Editores. 
Jose Augusto Perrotta, Reatores Nucleares – Conceitos, 
http://ie.org.br/site/ieadm/arquivos/arqnot5172.pdf,acesso em 25/10/2014. 
Comissão Nacional de Energia Nuclear, Apostila Educativa, Aplicações da 
Energia Nuclear, Disponível em www.cnen.gov.br, acesso em 25/10/2014. 
Comissão Nacional de Energia Nuclear, Apostila Educativa, Energia Nuclear, 
Disponível em www.cnen.gov.br, acesso em 25/10/2014.