Como um reator nuclear funciona

O reator nuclear controla a reação de fissão nuclear – para não explodir igual uma bomba atômica – e a reaproveita para gerar energia elétrica. No Brasil, por exemplo, existem três reatores desse tipo, na usina em Angra dos Reis, no litoral do estado do Rio de Janeiro.

Já o sonho dos cientistas é conseguir aproveitar a energia liberada em reações de fusão nuclear. Além de ser o oposto da fissão, a diferença mais significativa é a quantidade muito maior de energia liberada. Ou seja, daria para gerar mais energia elétrica com menos recursos.

Reator nuclear de fissão

Brasil tem três reatores nucleares na usina de Angra dos Reis (Foto: Rodrigo Soldon/Flickr)
A estrutura desse tipo de reator intercala barras do combustível físsil – geralmente, é urânio enriquecido ou plutônio 239 – com barras de moderador de nêutrons.

Nos reatores mais modernos, esse moderador é água pesada (também chamada de deuterada, por ter átomos de deutério ao invés de hidrogênio). Mas barras de carbono (na forma de grafite) ou cádmio também servem.

Quando rola a fissão nuclear (quando um elemento pesado divide-se em dois elementos mais leves), partes dos nêutrons liberados colidem nos núcleos dos moderadores. Eles os absorvem sem sofrer fissão, deixando a reação de fissão em cadeia controlada.

Tudo isso gera calor, que aquece a água dentro do reator. O vapor, então, aciona uma turbina capaz de gerar energia elétrica. Depois de deixar a turbina, o vapor passa por um trocador de calor. É uma espécie de condensador, que resfria o vapor usando alguma fonte externa natural perto da usina (geralmente, rio, lago ou mar). De volta à forma líquida, a água retorna ao circuito principal, reiniciando o processo.

O reator nuclear controla a energia liberada na fissão, cujo calor ferve a água e aciona uma turbina (Imagem: Reprodução/Mundo Educação)
Além das três usinas nucleares no Brasil, existem 435 mundo afora. Nos EUA, por exemplo, estão 104. Juntas, essas usinas geram 14% da energia elétrica produzida no mundo.

Reator nuclear de fusão
A fusão nuclear precisa de temperaturas altíssimas para acontecer. Para você ter uma ideia, é o que rola em estrelas, como o Sol, em que as temperaturas batem 100 milhões de graus Celsius. Imagine a complexidade de se construir um reator que aguente isso. É difícil, mas não impossível.

Pesquisas na área de fusão nuclear levaram a um tipo de reator chamado Tokamak, usado apenas para a ciência. O mais famoso está em Princeton, nos EUA. Ele consegue funcionar na temperatura do Sol. Esse tipo de reator produz um campo magnético fortíssimo. Depois de injetar gases de deutério e trítio, a temperatura no reator sobe milhares de graus Celsius, para eles reagirem.

Por conta da passagem de corrente elétrica e da geração dos campos magnéticos, forma-se um plasma num tubo dentro do reator. O problema é que, até o momento, não se sabe como obter energia útil de um reator desse tipo.

Cientistas estão cada vez mais perto de tornar a fusão nuclear viável para geração de energia (Foto: Damien Jemison/Laboratório Nacional Lawrence Livermore)

A conta não bate porque a energia gasta para ativar o campo magnético onde o plasma fica confinado é maior que a energia obtida na fusão dentro do reator. Outra dificuldade é trabalhar, de forma controlada, com materiais em temperaturas estupidamente altas.

Por ora, quando o assunto é reator nuclear, apenas os de fissão são viáveis. E a principal desvantagem – e risco – desses é a radioatividade envolvida no processo. Mas os cientistas estão cada vez mais perto de tornar a fusão nuclear viável para geração de energia.