Central nuclear
Central nuclear (português europeu) ou usina nuclear (português brasileiro) é uma instalação industrial empregada para produzir eletricidade a partir da energia nuclear, pondo em prática o uso de materiais radioativos dos quais produzem calor como resultado da reação nuclear. O calor é usado para gerar vapor de água, obtido com o aquecimento da respetiva, para depois este fazer girar as turbinas a vapor e produzir a energia elétrica.
Após a Revolução Industrial houve um exponencial aumento da necessidade de energia, o que fez com que as fontes e as necessidades aumentarem e se diversificarem. Com isso, o ser humano passou a explorar os recursos naturais em larga escala e a buscar formas de produção de energia cada vez mais eficientes. O estudo da radiação atômica, transformações atômicas e fissão nuclear foi desenvolvida com intuito militar principalmente de 1895 a 1945, grande parte dos últimos seis anos nesse período. De 1939 a 1945 a maior parte do desenvolvimento estava focado em desenvolver a bomba atômica. De 1945 para frente a atenção sobre a bomba atômica foi diminuída porém seu estudo continua forte principalmente nas áreas de energia limpa e propulsão naval controlada. A energia elétrica foi gerada pela primeira vez por um reator nuclear em 3 de setembro de 1948 pelo Reator de Grafite X-10 em Oak Ridge, Tennessee, Estados Unidos. O segundo experimento e em escala maior ocorreu em 20 de dezembro de 1951 na estação experimental EBR-1 (Experimental Breeder Reactor I) perto de Arco, Idaho, também nos EUA, ocasião em que as primeiras lâmpadas foram acesas com eletricidade gerada pela energia nuclear. Em 27 de junho de 1954, a usina nuclear de Obninsk se torna a primeira usina nuclear ligada a rede elétrica de algum país começando a operar na cidade soviética de Obninsk. A primeira usina nuclear em escala comercial foi a usina nuclear de Calder Hall que abriu em 17 de outubro de 1956 em Sellafield no Reino Unido. A primeira usina nuclear comercial devotada completamente a geração de energia elétrica (Calder Hall também era usada para a produção de plutônio para uso militar, diminuindo sua eficiência como usina elétrica) foi a usina nuclear de Shippingport nos Estados Unidos, conectada à rede em 18 de dezembro de 1957.
A radiação ionizante foi descoberta por Wilhelm Röntgen em 1895, ao passar uma corrente elétrica por um tubo de vidro e produzir continuamente raios-X. Então em 1896 Henri Becquerel achou um minério contendo Urânio e Rádio que fazia placas fotográficas escurecerem. Ele foi então demonstrar que isso se dava a partir de radiação Beta e Alfa. Villard encontrou um terceiro tipo de radiação do minério, radiação Gama, muito parecida com raios-X. Em 1896 Pierre e Marie Curie deram o nome de “radioatividade” para este fenômeno e em 1898 Samuel Prescott revelou que radiação matava bactérias na comida. Em 1902 Ernest Rutherford mostrou que a radioatividade com uma emissão espontânea de partículas alfa ou beta do núcleo criaria um elemento químico diferente. Ele continuou a desenvolver um entendimento mais completo sobre átomos e em 1919 ele atirou partículas alfa de um átomo de Rádio em um de nitrogênio e constatou que a reestruturação do núcleo estava ocorrendo e assim, a formação de um átomo de oxigênio. Niels Bohr foi outro cientista que ajudou a explicar o átomo, os elétrons e o modo que eles estavam arranjados ao redor do núcleo.
Durante o desenvolvimento de armas nucleares muitas tecnologias foram desenvolvidas, dentre elas o estudo básico de como usar fissão para produzir eletricidade. O primeiro reator nuclear a produzir eletricidade foi um pequeno experimento, um reator fermentador, design e operação por parte do Argonne National Laboratory situado em Idaho, EUA. O reator foi ligado em dezembro de 1951. Em 1953 o presidente Eisenhower propôs o programa Atoms for Peace ("Átomos para a Paz") pelo qual se orientaram significativamente os esforços em gerar eletricidade baseando-se na fissão principalmente apartamento civil de energia americano. Este programa teve alcance internacional e forneceu os primeiros reatores nucleares de Israel, e Paquistão em Islamabade. O Átomos para a Paz possibilitou a construção do primeiro reator nuclear do Brasil e da América Latina, o IEA-R1, inaugurado no dia 25 de Janeiro de 1958 pelo presidente Juscelino Kubitschek.
Existem vários tipos de usinas nucleares, porém as mais usadas são as PWR Reator de água pressurizada e as BWR.
PWR
As usinas nucleares de água pressurizada, também chamadas de PWR (pressurizad water reactors - "reator de água pressurizada") mantêm água sobre pressão para que ela esquente, mas não evapore. Essa água em altíssima temperatura é então circulada por uma tubulação e então esquenta outro tanque de água. Esse segundo tanque garante que a água que entra de fora do sistema não entre em contato com a água no interior do reator, permanecendo assim limpa, pois a água de rios usadas para resfriar o reator não é usada nem nas turbinas, ele é somente usado para resfriar o vapor de água do segundo tanque após o mesmo já ter passado pelas turbinas.
BWR
As usinas nucleares de água fervida, também chamadas de BWR (boiling water reactors - "reator de água fervente") faz com que a água que tem contato com o reator passe pelas turbinas diretamente, e seja resfriada externamente igual a água da usina PWR, porém o risco de contaminação, ainda assim muito pequeno, é maior do que em usinas PWR. Elas são menos eficientes que suas contrapartes PWR.
Combustível
O combustível nuclear é composto por grânulos de urânio-235, dos quais apresentam um formato cilíndrico e não ultrapassam os três centímetros de comprimento. Os grânulos são colocados em barras de controle com aproximadamente 360 centímetros de comprimento, contendo mais de 200 deles. Cada um possui uma eficiência maior do que uma tonelada de carvão mineral.
Reator
O processo de geração de energia inicia quando os núcleos de urânio são partidos pelo processo de fissão. Quando o núcleo de urânio-235 é atingido por um nêutron, este se torna em U-236 que, quando fissionado, se divide em dois outros núcleos mais leves, como o par bário e criptônio, e libera três nêutrons. Por sua vez, esses três nêutrons atingem outros átomos de U-235, repetindo o ciclo enquanto houver material fissionável no reator. A reação nuclear pode ser controlada de diversas formas, como por meio de varas de controle, que são aptas para absorverem os nêutrons e diminuir a velocidade, ou até mesmo interrompendo totalmente a fissão dos átomos de U-235.
Pressurizador
O calor produzido no reator é transferido para o primeiro sistema de resfriamento, onde a água é aquecida até aos 320 graus Celsius, mas sem evaporar pelo facto de estar sob pressão.
Gerador
No caso das usinas de água pressurizada, a água quente vinda do reator passa por muitos canos para que aqueça um segundo tanque. A água desse tanque não está sobre tanta pressão, acabando por evaporar e passar por turbinas que, ao serem giradas, produzem grandes quantidades de eletricidade. O vapor de água do segundo tanque passa por uma série de tubulações até ser resfriado pela proveniente do exterior, seja de rios, mares ou lagos. A água vinda do ambiente não sofre contaminação pois esta não entra em contato com o reator e volta para o ambiente logo após ser usada para resfriar o vapor das turbinas. Se a usina for de água fervida (BWR - Boiling Water Reactor), não há um tanque secundário e a água do reator é a mesma que passa pelas turbinas e que é resfriada pela do exterior. Neste caso, o risco de contaminação é maior se em comparação com o anterior, porém não é significativo o suficiente para que este tipo seja considerado inseguro.
As instalações nucleares são construções com complexidade elevada e, por isso, têm um grau de segurança igualmente elevado. As reações nucleares, por suas características, são altamente perigosas se feitas sem um ambiente controlado, como o de uma usina moderna. Apesar de a chance ser pequena, existe a possibilidade, principalmente em caso de má operação do reator, de que a perda do controle durante o processo possa elevar a temperatura a um valor que levaria à fusão do reator, e/ou ao vazamento de radiações nocivas para o ambiente exterior, comprometendo a saúde dos seres vivos. Uma usina nuclear modifica o ambiente de diversas formas como, por exemplo, o sistema de refrigeração de água altera a temperatura do do rio ou do mar onde esta água é lançada, influenciando o ecossistema local. Ainda, os rejeitos radioativos altamente perigosos devem ser armazenados por longos períodos para não causarem danos no meio ambiente.
O Brasil possui também 3 Tokamaks (reatores experimentais de fusão nuclear). Estes estão instalados na USP, na UNICAMP e no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais.
