Central nuclear

Central nuclear

As centrais nucleares convertem a energia libertada durante a fusão nuclear em energia elétrica.

Geografia

Palavras-chave

central nuclear, reator, energia nuclear, usina de energia, produção de energia, gerador, nuclear, fissão nuclear, energia, átomo, urânio, radioatividade, Paks, corrente elétrica, física quântica, radiação, partícula, física de partículas, geografia, física, Danúbio

Itens relacionados

Cenas

Central nuclear

  • estação de admissão de água
  • tubos de arrefecimento de água
  • bloco reator
  • linha de energia elétrica
  • armazenamento de resíduos radioativos

Uma central nuclear é uma espécie de estação de energia térmica, visto que o calor libertado na caldeira (reator) é transmitido por um refrigerador e usado para gerar vapor. O calor necessário é libertado de uma maneira diferente, chamada fissão nuclear.

O tipo mais comum é a central nuclear de água pressurizada. Há cerca de 300 destas em todo o mundo, produzindo 60% da energia nuclear.
Nestas centrais, o calor é gerado nos recipientes de aço de reatores nucleares, onde os conjuntos de combustível são cercados por água pressurizada (circuito primário).

A água tem um duplo papel: por um lado, é moderadora, por outro, a água de alta pressão é levada para o permutador de calor, onde transfere a sua energia térmica para um sistema de baixa pressão (circuito secundário). A água circula em dois sistemas separados e isolados uns dos outros.

Circuito primário:
A água entra no circuito primário, a uma temperatura de 275°C e é aquecida até cerca de 315°C por reação nuclear de baixo enriquecimento (3-4%) de dióxido de urânio. Para evitar que a água se evapore, é mantida sob alta pressão (100-150 bar).

Circuito secundário:
O calor gerado é transportado para o tanque permutador de calor, onde a pressão é muito menor (40-60 bar). Por conseguinte, a água ferve e o vapor resultante é conduzido para as turbinas.
Isto assegura que a água no circuito primário, que contém partículas radioativas (como resultado de estar em contacto com o núcleo do reator), circule num sistema fechado.

A imensa pressão do vapor gira as pás da turbina. A energia cinética resultante é transformada em eletricidade por um gerador. A corrente elétrica é então conduzida para as linhas de alta tensão através de transformadores.

A construção de novas centrais nucleares é cara, mas a sua operação é barata; alguns gramas de dióxido de urânio fornecem energia suficiente para satisfazer a necessidade de energia anual de uma família média.

A sua operação não é prejudicial ao meio ambiente, não havendo emissões nocivas, embora os resíduos radioativos devam ser manuseados e eliminados de forma segura.
A contaminação radioativa é mínima, sendo a fonte da maior parte da radiação a crosta terrestre, a radiação cósmica e instrumentos médicos.
Apenas 0,01% da radiação provém de fontes industriais. Centrais termoelétricas a carvão emitem mais radiação do que um reator nuclear. Ao comer uma banana, uma pessoa absorve mais radiação do que num ano a viver a 80 km de distância de um reator nuclear.

Reator de água pressurizada

  • turbina
  • gerador
  • permutador de calor
  • linha de energia elétrica
  • transformador
  • tanque de reator
  • parede dupla de concreto

Produção de energia

  • turbina
  • gerador
  • permutador de calor
  • linha de energia elétrica
  • transformador
  • tanque de reator
  • água quente
  • dióxido de urânio
  • vapor de exaustão
  • água de refrigeração
  • corrente elétrica
  • hastes de controle
  • circuito primário
  • circuito secundário
  • circuito de refrigeração

Circuito primário

  • barras de combustível
  • hastes de controle
  • permutador de calor
  • água quente
  • zona ativa
  • circuito primário
  • bomba

Circuito secundário

  • permutador de calor
  • vapor
  • turbina
  • vapor de exaustão
  • circuito secundário
  • bomba
  • condensador - No circuito secundário, o vapor de exaustão proveniente das turbinas é convertido em água no condensador refrigerado pelo circuito de refrigeração. Por conseguinte, a pressão do vapor é significativamente reduzida, fornecendo assim um efeito de sucção ao vapor proveniente das turbinas. Se o vapor não condensasse após deixar a turbina, a turbina não rodaria porque a pressão seria igual nos dois lados.

Reação em cadeia

  • U₂₃₅
  • nêutron
  • haste de controle

Uma reação em cadeia controlada ocorre nos reatores. Os átomos de urânio absorvem nêutrons e depois dividem-se, produzindo 2 ou 3 nêutrons e energia. Esta energia é utilizada para aquecer a água, enquanto os nêutrons dividem mais núcleos.
A reação é controlada, uma vez que as hastes de controle absorvem uma certa quantidade de nêutons. Sem isso, a reação seria descontrolada, à semelhança do que ocorre com a explosão de uma bomba nuclear.

A reação pode ser acelerada ao puxar a haste de controle para fora, e abrandada puxando-a para dentro.

Os nêutrons são atrasados através do uso de um moderador. Uma vez que são lentos, os nêutrons são mais propensos a produzir mais fissão nuclear. Em reatores de água pressurizada, a água é normalmente usada como um moderador.

Animação

  • turbina
  • gerador
  • permutador de calor
  • linha de energia elétrica
  • transformador
  • tanque de reator
  • circuito primário
  • circuito secundário
  • circuito de refrigeração
  • U₂₃₅
  • nêutron
  • haste de controle

Circuito de refrigeração

  • água de refrigeração
  • condensador - No circuito secundário, o vapor de exaustão proveniente das turbinas é convertido em água no condensador refrigerado pelo circuito de refrigeração. Por conseguinte, a pressão do vapor é significativamente reduzida, fornecendo assim um efeito de sucção ao vapor proveniente das turbinas. Se o vapor não condensasse após deixar a turbina, a turbina não rodaria porque a pressão seria igual nos dois lados.
  • circuito de refrigeração
  • bomba

Narração

O primeiro reator nuclear foi aberto nos EUA em 1942. Enrico Fermi, Leo Szilard e Eugene Wigner desempenharam um papel fundamental no seu desenvolvimento.
Durante as décadas seguintes, centrais de energia nuclear tornaram-se generalizadas; existem atualmente cerca de 200 operacionais no mundo, com mais de 400 reatores.

Os reatores de água pressurizada são alimentados por barras de combustível de dióxido de urânio. A fissão nuclear cria calor, que é utilizado para aquecer água a uma temperatura de cerca de 300°C no circuito primário. A água aquecida não ferve, devido a uma pressão de 123 bar no sistema.

O calor gerado é transportado para o v​apor que circula no circuito secundário.
Por conseguinte, a água ferve e o vapor resultante é conduzido para as turbinas que geram energia elétrica.
O vapor de exaustão é arrefecido com água. Uma vez que a água circula nos circuitos primário e secundário em sistemas fechados, a água de arrefecimento não contém quaisquer partículas radioativas.

Uma reação em cadeia controlada ocorre nos reatores. Os átomos de urânio absorvem nêutrons e depois dividem-se, produzindo 2 ou 3 nêutrons e energia. Esta energia é utilizada para aquecer a água, enquanto os nêutrons dividem mais núcleos.
A reação é controlada, uma vez que as hastes de controle absorvem uma certa quantidade de nêutrons. Sem isso, a reação seria descontrolada igualmente, à semelhança do que ocorre com a explosão de uma bomba nuclear.

A reação pode ser acelerada ao puxar a haste de controle para fora, e abrandada puxando-a para dentro.

Os nêutrons são atrasados através do uso de um moderador. Uma vez que são lentos, os nêutrons são mais propensos a produzir mais fissão nuclear. Em reatores de água pressurizada, a água é normalmente usada como um moderador.

Reatores modernos usam feedback negativo para fechar-se automaticamente em caso de avaria.

Itens relacionados

Bomba atômica (1945)

A bomba atômica é uma das armas com maior poder de destruição da história da humanidade.

Partículas elementares

Os quarks e os léptons são os constituintes da matéria, interagindo entre si mediante o intercâmbio de bósons.

Radioatividade

Ao processo de desintegração de núcleos instáveis dá-se o nome de radioatividade.

Reação em cadeia

A energia libertada durante uma fissão nuclear pode ser usada para fins civis e militares.

A experiência de Rutherford

A experiência de Rutherford provou a existência de núcleos atômicos de carga positiva. Os resultados conduziram à elaboração de um novo modelo atômico.

Como funciona a turbina a vapor?

Esta animação mostra a estrutura e o funcionamento das turbinas a vapor.

O laboratório de Marie Curie

Marie Curie, a única mulher a ganhar o Prêmio Nobel em duas áreas da ciência, é provavelmente a mulher mais conhecida na história da ciência.

Reator nuclear de fusão

A fusão nuclear servirá como fonte de energia amiga do ambiente e praticamente inesgotável.

Rede de abastecimento de energia elétrica

O objetivo da rede de abastecimento de energia elétrica é fornecer eletricidade aos consumidores.

Transformador

Um transformador é um dispositivo utilizado na conversão da voltagem elétrica.

Central de energia solar

As centrais de energia solar convertem energia solar em eletricidade.

Central geotérmica

As centrais geotérmicas convertem em eletricidade a energia da água quente, de pressão elevada, encontrada em camadas profundas da Tera.

Estação de energia eólica

As estações de energia eólica convertem energia cinética em eletricidade.

O Sol

O diâmetro do Sol é cerca de 109 vezes maior do que o da Terra. A maior parte de sua massa consiste em hidrogênio.

Poluição da água

As principais fontes de poluição da água são a indústria, a agricultura e as zonas urbanas.

Central termoelétrica (combustível hidrocarbônico)

As centrais termoelétricas convertem em eletricidade a energia liberada durante a combustão de combustíveis fósseis ou recursos naturais.

Como funcionam os painéis solares e os coletores solares térmicos?

Esta animação mostra como funciona o sistema de energia solar.

O desenvolvimento da mecânica celeste

Esta animação apresenta os estudos de astrônomos e físicos, cujas obras alteraram fundamentalmente a nossa visão do Universo.

Produção de corrente alternada

A corrente elétrica pode ser produzida rodando uma bobina condutora num campo magnético.

Turbina hidráulica

As turbinas hidráulicas convertem a energia cinética da água em corrente elétrica.

Unidade de biogás

O biogás pode ser produzido a partir de material orgânico (estrume, resíduos botânicos, resíduos orgânicos), recorrendo a bactérias. O biogás é uma mistura...

Usina maremotriz

As usinas de energia maremotriz utilizam a corrente das águas a partir da flutuação diária das marés para produzir eletricidade.

Veículos ecológicos

A combinação do sistema de propulsão de um motor de combustão interna convencional com um sistema de propulsão elétrica reduz as emissões de carbono.

Poluição

A poluição é o efeito negativo da atividade humana sobre o ambiente natural.

Poluição do ar

Esta animação mostra as principais fontes de poluição do ar: agrícola, industrial e urbana.

Represa Hoover (Hoover Dam, EUA)

A enorme barragem construída no rio Colorado, nos EUA, foi nomeada em homenagem a um ex-presidente americano.

Added to your cart.