Existem duas maneiras de projetar um reator nuclear: térmico ou rápido.
Diferença entre um reator térmico e um reator rápido
Como já dissemos, existem duas maneiras de projetar um reator nuclear: desacelerando (moderando) os nêutrons rápidos ou aumentando a proporção de átomos físseis. Para a tarefa de retardar os nêutrons, utiliza-se um moderador (água leve, água pesada, grafite) e os nêutrons lentos resultantes são chamados de térmicos, de forma que os reatores baseados nesta técnica são conhecidos como Reatores Térmicos, ao contrário daqueles que usam rápidos nêutrons (rápidos), chamados de reatores rápidos.
O que significa massa crítica?
Ao construir um reator, é necessário ter uma massa crítica de combustível, ou seja, material físsil suficiente, em um arranjo ideal do combustível e do resto dos materiais do núcleo, para manter a reação em cadeia. A disposição dos absorvedores de nêutrons e das hastes de controle torna possível manter a criticidade na operação e a subcriticalidade na parada e partida.
Componentes do núcleo do reator
O núcleo é a parte do reator onde ocorre e é mantida a reação em cadeia nuclear. Seu objetivo é aquecer a água do circuito primário. É projetado para operar de forma segura e controlada, de forma que a quantidade de energia extraída do combustível seja maximizada.
Cada componente do núcleo do reator desempenha um papel importante na geração de calor:
Combustível
O combustível de um reator nuclear é um material fisional em quantidades tal que a massa crítica seja atingida e colocado de forma que seja possível extrair rapidamente o calor que é produzido em seu interior devido à reação em cadeia nuclear.
Os combustíveis usados nas usinas nucleares estão na forma sólida, embora variem desde dióxido de urânio cerâmico ligeiramente enriquecido, urânio em tubos de liga de magnésio até dióxido de urânio enriquecido ou natural em tubos de liga de zircônio, tudo depende do tipo de reator. .
Hastes de controle
Os feixes de hastes de controle fornecem um meio rápido de controlar a reação nuclear, permitindo mudanças rápidas de energia do reator e seu eventual desligamento em caso de emergência. São feitos de materiais absorventes de nêutrons (carboneto de boro ou ligas de prata, índio e cádmio, entre outros) e geralmente possuem as mesmas dimensões dos elementos combustíveis. A reatividade do núcleo aumenta ou diminui elevando ou abaixando as hastes de controle, ou seja, modificando a presença de material absorvedor de nêutrons nelas contido no núcleo.
Para um reator funcionar por um período de tempo, ele deve ter um excesso de reatividade, que é máximo com combustível novo e diminui com sua vida até ser cancelado, momento em que o combustível é recarregado.
Em operação normal, um reator nuclear tem as hastes de controle total ou parcialmente extraídas do núcleo, mas o projeto das usinas nucleares é tal que em caso de falha em seu sistema de segurança ou controle do reator, sempre atue no sentido de segurança. do reator, introduzindo totalmente todas as hastes de controle no núcleo e levando o reator a um desligamento seguro em alguns segundos.
Em geral, um elemento combustível é constituído por um arranjo quadrangular das barras de combustível, embora o arranjo hexagonal do reator russo de água pressurizada deva ser mencionado.
Fixar os tubos-guia nas grades de suporte de combustível garante que os centros das barras de combustível e os tubos-guia estejam à mesma distância. Todos os elementos de combustível têm o mesmo projeto mecânico. Alguns contêm feixes de hastes de controle e outros contêm venenos consumíveis ou fontes de nêutrons.
Para garantir a qualidade dos elementos do combustível, inúmeras inspeções e testes são realizados nas matérias-primas e no produto final.
Moderador
Os nêutrons produzidos na fissão têm alta energia na forma de velocidade. É conveniente diminuir sua velocidade para que a probabilidade de fissão de outros átomos aumente e a reação em cadeia não seja interrompida. Isso é conseguido por colisões elásticas dos nêutrons com os núcleos do moderador.
Entre os moderadores mais utilizados estão água leve, água pesada e grafite.