Energia Nuclear

A fissão nuclear liberta uma grande quantidade de energia térmica, permitindo a produção de eletricidade a partir de uma turbina de vapor. O combustível nuclear é tipicamente um nuclídeo físsil como o urânio-235 que produz mais do que um nêutron por fissão, em média. Os nêutrons rápidos libertados por fissão devem ser desacelerados por moderadores de nêutrons porque os nêutrons térmicos começam as reações em cadeia no combustível físsil com a maior eficácia.

A água é um bom moderador porque os núcleos de hidrogénio e os nêutrons têm tamanhos comparáveis, assegurando que os nêutrons perdem energia cinética substancial na colisão. A água pesada é ainda melhor, uma vez que o deutério já tem um nêutron e é improvável absorver outro. Os moderadores também funcionam como um nêutron refletor a manter nêutrons no núcleo numa distribuição uniforme.

Porque a fissão espontânea de urânio-235 ou 238 é imprevisível, uma fonte de nêutrons é instalado num reator para assegurar uma iniciação controlada da reação em cadeia. O estatuto do a reação em cadeia é descrito pelo fator de multiplicação do nêutron, k:a relação do número de nêutrons produzido por fissão numa geração para o número de nêutrons produzido por fissão na geração anterior. Quando k é inferior a 1, o reator é subcrítico e a produção de energia está a diminuir.

Quando k é 1, o reator é crítico e a produção de energia é constante. Quando k é maior que 1, o reator é supercrítico e a produção de energia está a aumentar. A reação em cadeia é controlada com barras de controle feitas com materiais absorventes de nêutrons como o boro ou o cádmio.

Barras de controle totalmente inseridas absorvem um grande número de nêutrons, mantendo o subcrítico do reator. Retirar as barras de controle permite que mais fissões ocorram. Um refrigerante, como a água, transfere o calor para longe desde o núcleo do reator até fazer vapor para a turbina.

À medida que o reator aquece para cima, os nêutrons movem-se mais depressa e são menos suscetíveis de causar fissão, o que ajuda a evitar o sobreaquecimento. O núcleo é blindado por materiais como água e camadas espessas de betão. O desenho geral do núcleo e estrutura de contenção dependem do tipo específico de reator.