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Usina nuclear

A geração de energia nas usinas nucleares acontece por meio da fissão nuclear controlada. Elas são responsáveis por 10% da eletricidade gerada no mundo.

Usina nuclear
Nas usinas nucleares, o calor utilizado para a geração de eletricidade é derivado do processo de fissão nuclear.
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Usina nuclear é uma instalação onde ocorre a geração de energia termelétrica por meio do processo de fissão nuclear e produção de vapor d’água, responsável pelo acionamento das turbinas geradoras. A fissão acontece no núcleo do reator nuclear, dispositivo de maior importância de uma usina. Ele fica armazenado em um recipiente seguro de concreto e aço, e é nele que estão as barras de combustível (urânio) responsáveis pela reação.

Essas usinas são altamente produtivas e seguem rígidos protocolos de segurança, mas riscos de acidente não podem ser totalmente descartados. O Brasil possui duas plantas nucleares geradoras de eletricidade, que são Angra 1, inaugurada em 1985, e Angra 2, que está em atividade desde 2001.

Leia também: Armas nucleares — dispositivos cuja tecnologia deriva de reações nucleares

Tópicos deste artigo

Resumo sobre usina nuclear

  • Uma usina nuclear é uma instalação que promove a geração de energia elétrica por meio da geração de calor e formação de vapor d’água.

  • A obtenção de calor se dá por meio da fissão nuclear.

  • A fissão nuclear acontece no núcleo do reator, dispositivo principal de uma usina nuclear.

  • O combustível utilizado por essas usinas é geralmente o urânio enriquecido.

  • As usinas nucleares são muito produtivas e ocupam uma área pequena. Além disso, o urânio é amplamente encontrado na natureza.

  • Em contrapartida, o combustível não é renovável (portanto, é finito), e os custos de instalação são ainda elevados.

  • Seu funcionamento segue rígidos protocolos de segurança. Apesar disso, é possível que ocorram acidentes.

  • O maior acidente em usina nuclear do mundo aconteceu na usina de Chernobyl, na Ucrânia, em 1986.

  • Existem em operação no Brasil duas usinas nucleares: Angra 1 e Angra 2, na cidade de Angra dos Reis (RJ).

  • A maior usina nuclear do mundo é a usina de Kashiwazaki-Kariwa, no Japão.

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Como funciona uma usina nuclear?

Usinas nucleares podem ser descritas como usinas termelétricas nas quais o processo de geração de eletricidade acontece por meio da obtenção de calor de uma fonte determinada. Nesse caso em particular, a fonte principal é o metal radioativo denominado urânio (U).

A geração de energia em uma usina nuclear começa no reator nuclear, que fica protegido no interior do vaso do reator (ou vaso de proteção). O urânio enriquecido fica armazenado no núcleo desse reator, área central em que ocorre a fissão nuclear controlada. A fissão nuclear, por sua vez, corresponde ao processo responsável pela liberação da energia que aquece a água presente no vaso do reator.

A temperatura da água chega a cerca de 315 °C. Para que não evapore imediatamente, ela é submetida a um pressurizador com pressão sete vezes superior à atmosférica. Todo esse processo descrito compreende o circuito primário.

No circuito secundário, a água aquecida é transferida para o gerador de vapor, que está acoplado a uma turbina. A mudança de estado físico da água e a expansão do vapor movimentam a turbina, que, por sua vez, aciona o gerador elétrico. É nessa etapa, portanto, que acontece a geração de energia elétrica. A eletricidade é conduzida, então, até as torres de transmissão e distribuída para o usuário final.

Após a movimentação das turbinas, o vapor d’água segue para o condensador, onde tem início a terceira e última etapa da atividade de geração de energia nuclear. O condensador é um dispositivo resfriado com o auxílio da água do mar que circula através de bombas. Dentro do condensador, o vapor d’água utilizado anteriormente retorna para o estado líquido e é depois conduzido mais uma vez para o gerador de vapor. A água salobra, agora a temperaturas entre 7 e 12 °C, retorna para o mar. Para entender melhor esse processo, confira o nosso podcast: Como funciona uma usina nuclear?

Fissão nuclear

Fissão nuclear é uma reação química descrita como a divisão do núcleo de um átomo pesado e instável, tendo como resultado dois núcleos menores do que o inicial e a liberação de energia na forma de calor. Essa divisão ocorre por meio do bombardeamento de nêutrons, que se chocam com o núcleo atômico e desencadeiam a reação. O processo de fissão ocasiona o desprendimento de nêutrons, o que dá continuidade à divisão nuclear, caracterizando uma reação em cadeia.

No reator de uma usina, a fissão nuclear acontece de maneira controlada. Para que isso ocorra, são inseridos no reator, de maneira intercalada com as barras combustíveis (urânio), barras formadas por elementos de controle que realizam a absorção de nêutrons. Quando elas estão presentes, o reator não está em funcionamento. A atividade no dispositivo é retomada a partir da retirada dessas barras. Os elementos de controle são comumente uma liga formada por prata (Ag), cádmio (Cd) e índio (In).

Leia também: Como funcionam as usinas solares?

Vantagens e desvantagens da usina nuclear

As usinas nucleares são fundamentais para o abastecimento elétrico de muitos países, em especial aqueles nos quais fontes como a água, a luz solar e os ventos possuem baixo potencial energético ou apresentam baixa disponibilidade. Elas representam cerca de 10% da matriz energética mundial. Assim como qualquer outra forma de geração de energia, elas possuem suas vantagens e desvantagens.

Vantagens

Desvantagens

Fonte abundante na natureza (urânio)

Utiliza fonte não renovável

Alta produtividade, isto é, uma pequena quantidade de combustível é capaz de gerar um montante alto de energia

Lixo nuclear altamente tóxico, cujo descarte deve ser feito em uma área remota e sob condições rígidas de segurança

Demanda pequena área para instalação da planta

Alto custo de instalação

Produz baixa quantidade de resíduos e dejetos

Aquecimento da água do mar quando a parcela utilizada no processo é devolvida ao oceano

Não emite gases poluentes na atmosfera

Riscos de contaminação e longa permanência do lixo nuclear no meio ambiente

Baixo custo de operação

Riscos de acidentes nucleares com consequências graves ao meio ambiente e aos seres humanos

Precauções com a usina nuclear

A preocupação com a segurança é fundamental na construção e operação das usinas nucleares. Uma das principais medidas de precaução diz respeito à localização da planta, que deve ser o mais afastada possível de áreas densamente habitadas, a fim de diminuir riscos de contaminação em caso de vazamentos ou acidentes.

As usinas são equipadas com sistemas de segurança que são automaticamente acionados (ou sistemas passivos) em caso de vazamentos, superaquecimento do reator ou qualquer outro tipo de problema que implique na exposição a elevados níveis de radiação e até um potencial acidente. O dispositivo fundamental para todo o processo de geração de energia, o reator, fica protegido por um grande envoltório de aço e concreto. O controle é feito também na entrada e saída de funcionários, que passam tanto por processos de medição de radiação quanto de descontaminação, se necessário.

Outra grande preocupação é o lixo nuclear, ou lixo atômico, produzido pelas usinas nucleares, que pode gerar danos de grandes proporções se descartado incorretamente, uma vez que, além da sua toxicidade, permanece por muito tempo na natureza. Por isso, a primeira etapa para o descarte ser feito de forma segura é colocando os resíduos em uma embalagem apropriada que realize a contenção da radiação, além de sinalizar que aquele é um lixo com teor de radiação elevado. Ademais, esse material deve permanecer em algum local protegido por chumbo ou paredes espessas de concreto, evitando qualquer tipo de riscos ao meio ambiente.

Acidentes com usinas nucleares

Mesmo com rígidos protocolos de segurança, as usinas nucleares estão sujeitas a acidentes. Ao longo da história, alguns acidentes chamaram a atenção pelas suas proporções e pelas consequências que ainda estão presentes nas áreas afetadas pela radiação.

  • Usina nuclear de Chernobyl

O acidente nuclear ocorrido na usina de Chernobyl, localizada na cidade ucraniana de Pripyat, foi o maior acidente do tipo já registrado na história. Na madrugada do dia 26 de fevereiro de 1986, falhas humanas e um erro de projeto, identificado posteriormente, causaram a explosão do reator 4 da usina, provocando um incêndio persistente que demorou dias para ser apagado e a morte quase imediata de pelo menos uma pessoa que trabalhava no local. Bombeiros e outros trabalhadores da usina também faleceram meses depois, em decorrência da exposição aos elevados índices de radiação gerados pelo acidente.

Devido ao vento, as partículas radioativas foram espalhadas para regiões vizinhas e para áreas de todo o continente europeu. Além da Ucrânia, Belarus foi um dos países mais afetados pela radiação proveniente de Chernobyl.

Nos dias subsequentes ao acidente, 350 mil pessoas foram obrigadas a deixar as suas casas, e a zona de exclusão no entorno da planta apresenta um raio de 30 km. Estima-se que centenas de milhares de mortes ocorreram ao longo dos anos como consequência do acidente de Chernobyl, mas os números não podem ser determinados com exatidão, em decorrência das suas dimensões.

A área só poderá ser novamente habitada daqui a 20 mil anos. O local onde fica o reator que originou o desastre está confinada em uma estrutura de metal conhecida como sarcófago de Chernobyl, e o seu tempo de contenção é de um século. Transcorrido esse período, uma nova estrutura, similar a ela, deverá substituí-la.

Parque de diversões construído na década de 1980 em Pripyat, cidade onde ocorreu o desastre de Chernobyl.
Parque de diversões construído na década de 1980 em Pripyat, cidade onde ocorreu o desastre de Chernobyl.
  • Usina nuclear de Three Mile Island

A usina de Three Mile Island está localizada no condado de Dauphin, no estado da Pensilvânia (Estados Unidos). Na madrugada do dia 28 de março de 1979, um problema no sistema de resfriamento no circuito secundário do reator TMI-2, junto de tentativas falhas de conter o problema por parte dos operadores, fez com que parte do núcleo derretesse, levando assim à destruição daquele reator.

A água radioativa foi derramada pelo chão, e uma pequena quantidade de radiação foi liberada no ar. Algumas horas após o início do acidente, a situação foi controlada, e os resíduos não causaram danos nem à população nem aos funcionários da usina. Todo o material radioativo vazado havia sido removido até 1993, e a usina se encontra em atividade.

  • Usina nuclear de Fukushima

De forma distinta dos acidentes anteriores, o desastre de Fukushima não está relacionado a falhas estruturais ou humanas. Em 11 de março de 2011 um terremoto de 9.1 na escala Richter atingiu a costa leste do Japão, o mais intenso já registrado na história do país.

Os tremores foram seguidos de ondas gigantes (tsunamis) que atingiram 14 metros de altura, algumas das quais destruíram parte da província de Fukushima. Os incidentes causaram um derretimento de três reatores na Central Nuclear de Fukushima, o que foi seguido de explosões e lançamento de altos índices de radiação na atmosfera, no solo e na água do mar.

Mais de 300 mil pessoas foram retiradas da região, onde se criou uma zona de exclusão de 20 km de raio, e ainda hoje dezenas de milhares permanecem afastadas. A área total contaminada supera os 300 mil km². Embora a radiação presente em Fukushima ainda demore ao menos um século para desaparecer e torná-la totalmente segura, alguns moradores já se restabeleceram novamente na área.

Videoaula: O que aconteceria se atacassem uma usina nuclear?

Usina nuclear no Brasil

O Brasil possui duas unidades nucleares em funcionamento, ambas localizadas na cidade de Angra dos Reis, no estado do Rio de Janeiro, as quais representam cerca de 2% da matriz elétrica do país.

Unidades de Angra 1 e Angra 2, na cidade de Angra dos Reis, Rio de Janeiro. [1]
Unidades de Angra 1 e Angra 2, na cidade de Angra dos Reis, Rio de Janeiro. [1]

A usina Angra 1 foi a primeira a entrar em operação, o que aconteceu no ano de 1985. Ela possui capacidade de geração energética de 640 MW, o suficiente para abastecer uma população de um milhão de habitantes. A segunda unidade, chamada de Angra 2, começou as suas atividades em 2001 e opera com uma potência de 1350 MW, podendo atender o dobro do esperado com a usina de Angra 1.

Em caso de acidente, as usinas de Angra dos Reis dispõem de um plano de evacuação imediata com raio de 3 km, onde vive uma população aproximada de 2 mil pessoas. Uma potencial situação de grande escala demandaria a evacuação em uma área de 15 km de raio. A população que vive no entorno das unidades nucleares de Angra passam periodicamente por treinamentos para casos de emergência.|1|

Uma terceira planta, Angra 3, começou a ser construída há mais de três décadas, mas as obras foram constantemente suspensas e retomadas. Quando concluída, sua potência estimada será de 1405 MW e, junto das demais unidades, ela será responsável pelo fornecimento de eletricidade a pelo menos metade da população do estado do Rio de Janeiro.|2|

Ranking das maiores usinas nucleares do mundo

Existem em operação no mundo, hoje, aproximadamente 440 reatores nucleares, os quais são responsáveis pela geração de 10% de toda a energia consumida no planeta. Reunimos na listagem abaixo as maiores usinas nucleares do mundo de acordo com a sua capacidade instalada de geração de energia elétrica.

Usina

País

Capacidade instalada (em MW)

Kashiwazaki-Kariwa

Japão

7.965

Bruce

Canadá

6.430

Hanul

Coreia do Sul

6.189

Hanbit

Coreia do Sul

5.899

Zaporizhia

Ucrânia

5.700

Paluel

França

5.528

Gravelines

França

5.460

Cattenom

França

5.448

Yangjiang

China

5.430

Shin Kori

Coreia do Sul

4.748


Notas

|1| BBC. Tudo o que você precisa saber sobre as usinas nucleares de Angra 1 e 2, e por que são diferentes de Chernobyl. G1, 23 jun. 2019. Disponível aqui.

|2| ELETROBRAS. Nossas atividades: Angra 3. Eletronuclear, Eletrobras, [s.d.]. Disponível aqui.

Créditos da imagem

[1] Julio Ricco / Shutterstock

 

Por Paloma Guitarrara
Professora de Geografia

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

GUITARRARA, Paloma. "Usina nuclear"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/usina-nuclear.htm. Acesso em 19 de maio de 2022.

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