Refrigerante do reator nuclear - Nuclear reactor coolant
| Refrigerante | Ponto de fusão | Ponto de ebulição |
|---|---|---|
| Água pesada a 154 bar | 345 ° C | |
| NaK eutético | -11 ° C | 785 ° C |
| Sódio | 97,72 ° C | 883 ° C |
| FLiNaK | 454 ° C | 1570 ° C |
| FLiBe | 459 ° C | 1430 ° C |
| Liderar | 327,46 ° C | 1749 ° C |
| Chumbo-bismuto eutético | 123,5 ° C | 1670 ° C |
Um refrigerante de reator nuclear é um refrigerante em um reator nuclear usado para remover calor do núcleo do reator nuclear e transferi-lo para geradores elétricos e para o meio ambiente . Freqüentemente, uma cadeia de dois circuitos de refrigerante é usada porque o circuito de refrigerante primário assume radioatividade de curto prazo do reator.
Água
Quase todas as usinas nucleares em operação atualmente são reatores de água leve, usando água comum sob alta pressão como refrigerante e moderador de nêutrons . Cerca de 1/3 são reatores de água fervente onde o refrigerante primário passa por uma transição de fase para vapor dentro do reator. Cerca de 2/3 são reatores de água pressurizada a uma pressão ainda mais elevada. Os reatores atuais ficam abaixo do ponto crítico em torno de 374 ° C e 218 bar, onde a distinção entre líquido e gás desaparece, o que limita a eficiência térmica , mas o reator de água supercrítico proposto operaria acima deste ponto.
Os reatores de água pesada usam óxido de deutério , que tem propriedades idênticas às da água comum, mas captura de nêutrons muito mais baixa , permitindo uma moderação mais completa.
Desvantagens
Vazamento de trítio
À medida que os átomos de hidrogênio nos refrigerantes de água são bombardeados com nêutrons, alguns absorvem um nêutron para se tornar deutério e, então, alguns se tornam trítio radioativo. Água contaminada com trítio às vezes vaza para o lençol freático por acidente ou por aprovação oficial.
Explosão de hidrogênio durante queda de energia
As barras de combustível criam altas temperaturas que fervem a água e a transformam em vapor. Durante um desastre, quando ocorre uma queda de energia e os geradores de energia a diesel que fornecem energia de emergência para a bomba de água são danificados por um tsunami ou um terremoto, se não houver água doce sendo bombeada para resfriar as barras de combustível, as barras de combustível continuam a aquecer . Quando as barras de combustível atingirem mais de 1200 graus Celsius, os tubos de zircônio que contêm o combustível nuclear irão interagir com o vapor e separar o hidrogênio da água. Esse hidrogênio pode então ser liberado do núcleo do reator e do recipiente de contenção. Se esse hidrogênio se acumular em quantidades suficientes - concentrações de 4 por cento ou mais no ar, então esse hidrogênio pode explodir, como aparentemente ocorreu nos reatores de Fukushima Daiichi nº 1, 3, 4, mas o reator nº 2 abriu sua ventilação para deixar escapar gás hidrogênio radioativo, diminuindo a pressão do hidrogênio, mas contaminou o meio ambiente, de modo que o reator nº 2 não explodiu.
Água boratada
A água boratada é usada como um refrigerante durante a operação normal de reatores de água pressurizada (PWRs), bem como em Sistemas de Resfriamento de Núcleo de Emergência (ECCS) de ambos os PWRs e reatores de água fervente (BWRs).
Vantagens
O boro , geralmente na forma de ácido bórico ou borato de sódio, é combinado com água - um recurso barato e abundante - onde atua como um refrigerante para remover o calor do núcleo do reator e transfere o calor para um circuito secundário. Parte do circuito secundário é o gerador de vapor que é usado para girar turbinas e gerar eletricidade. A água boratada também oferece os benefícios adicionais de atuar como um veneno de nêutrons devido à sua grande seção transversal de absorção de nêutrons, onde absorve o excesso de nêutrons para ajudar a controlar a taxa de fissão do reator. Assim, a reatividade do reator nuclear pode ser facilmente ajustada alterando a concentração de boro no refrigerante. Ou seja, quando a concentração de boro é aumentada (boration) pela dissolução de mais ácido bórico no refrigerante, a reatividade do reator diminui. Por outro lado, quando a concentração de boro é diminuída (diluição) pela adição de mais água, a reatividade do reator é aumentada.
Desvantagens
Aproximadamente 90% do trítio em refrigerantes PWR é produzido por reações de boro-10 com nêutrons. Como o próprio trítio é um isótopo radioativo de hidrogênio, o refrigerante fica contaminado com isótopos radioativos e deve ser impedido de vazar para o meio ambiente. Além disso, este efeito deve ser levado em consideração para ciclos mais longos de operação do reator nuclear e, portanto, requer maior concentração inicial de boro no refrigerante.
Metal fundido
Os reatores rápidos têm alta densidade de potência e não precisam, e devem evitar, moderação de nêutrons. A maioria tem sido reatores resfriados por metal líquido usando sódio fundido . Chumbo, chumbo-bismuto eutético e outros metais também foram propostos e ocasionalmente usados . O mercúrio foi usado no primeiro reator rápido .
Sal derretido
Os sais fundidos compartilham com os metais a vantagem da baixa pressão de vapor, mesmo em altas temperaturas, e são menos reativos quimicamente que o sódio . Sais contendo elementos leves como FLiBe também podem fornecer moderação. No experimento do reator de sal fundido, ele até serviu como solvente para transportar o combustível nuclear.
Gás
Gases também têm sido usados como refrigerante. O hélio é extremamente inerte tanto quimicamente quanto em relação às reações nucleares, mas tem uma baixa capacidade de calor ,
Hidrocarbonetos
Reatores moderados e resfriados organicamente foram um dos primeiros conceitos estudados, usando hidrocarbonetos como refrigerante. Eles não tiveram sucesso.
Referências
- Sódio como um refrigerante de reator rápido, Thomas Fanning, ANL Compara o sódio favoravelmente ao chumbo e ao hélio.
links externos
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Mídia relacionada a refrigerantes de reatores nucleares no Wikimedia Commons
