Durante uma manutenção de rotina no quarto reator da Central Nuclear de Lenin (Chernobyl) os trabalhadores planejaram usar o tempo de inatividade para testar se o reator ainda poderia ser resfriado se a usina perdesse energia. Durante o teste, no entanto, os trabalhadores violaram os protocolos de segurança e a energia aumentou dentro da fábrica. Apesar das tentativas de desligar totalmente o reator, outra onda de energia causou uma reação em cadeia de explosões no interior. Finalmente, o próprio núcleo do reator foi exposto, lançando material radioativo na atmosfera e causando o derretimento do núcleo.

 

Como funciona um reator de fissão nuclear

Os reatores nucleares são o coração de uma usina nuclear. Eles contêm e controlam as reações em cadeia que produzem calor por meio de um processo físico chamado fissão. A fissão ocorre quando um nêutron se choca contra um átomo maior, forçando-o a se excitar e se espalhar em dois átomos menores – também conhecidos como produtos da fissão. Nêutrons adicionais também são liberados e podem iniciar uma reação em cadeia. Quando cada átomo se divide, uma enorme quantidade de energia é liberada. Urânio e plutônio são mais comumente usados para reações de fissão em reatores de energia nuclear porque são elementos que permitem uma facilidade para iniciar e controlar as mesmas.

O material radioativo é processado em pequenas pelotas de cerâmica e empilhadas em tubos de metal vedados chamados barras de combustível. Normalmente, mais de 200 dessas barras são agrupadas para formar um conjunto de combustível. Um núcleo de reator é normalmente composto de algumas centenas de conjuntos, dependendo do nível de potência. Dentro do vaso do reator, as barras de combustível são imersas em água, que atua como refrigerante e moderador. O moderador ajuda a desacelerar os nêutrons produzidos pela fissão para sustentar a reação em cadeia. A energia liberada pela fissão nesses reatores transforma a água em vapor, que é usado para girar uma turbina para produzir eletricidade, sem emissão de carbono.

Os dois tipos de reatores nucleares mais utilizados atualmente no mundo:

● Reatores de água pressurizada (PWR);

● Reatores de água fervente (BWR);

 

Reatores de água pressurizada (PWR)

Este tipo de reator é o mais comum entre os dois, com cerca de 300 reatores em operação no mundo para geração de energia elétrica e várias centenas a mais empregados para propulsão naval (submarinos). O projeto dos PWRs se originou como uma usina submarina. Nos reatores de água pressurizada o líquido de refrigeração é bombeado sob altas pressões dentro do núcleo do reator onde é aquecido pela energia liberada pela fissão nuclear. A água então aquecida flui através do circuito para um sistema gerador de vapor, onde a energia térmica é transferida por trocadores de calor criando um fluxo de vapor. O vapor então, move uma turbina acionando um gerador elétrico, que produz grandes quantidades de eletricidade. O vapor não utilizado é então condensado e volta ao sistema em forma de água sendo reutilizado no processo de aquecimento.

 

Reatores de água fervente (BWR)

Este tipo de reator tem muitas semelhanças com o PWR, da mesma maneira água altamente pressurizada é bombeada até o reator, porém nesse modelo a água aquecida pela fissão produz vapor diretamente dentro do vaso do reator. Tubos então alimentam o vapor diretamente para uma turbina acionando um gerador elétrico produzindo grandes quantidades de eletricidade. O vapor não utilizado é então condensado e volta ao sistema em forma de água, sendo reutilizado no processo de aquecimento.

 

O reator RBMK* soviético

O RBMK* é um reator nuclear projetado pelos soviéticos onde em seu auge de existência houveram 17 reatores em funcionamento na antiga URSS. É um projeto bastante incomum, pois usa grafite como moderador e foi projetado para a produção de plutônio – mas também foi amplamente usado para geração elétrica. A combinação de grafite como moderador e água leve como refrigerante é exclusiva deste reator, pois nenhum outro reator no mundo usa ambos. Apontado como uma das causas do desastre, o RBMK* tinha algumas falhas de design importantes. Em particular, a localização das hastes de controle, a estrutura de contenção e o coeficiente de vazio positivo do reator que provaram ser bastante inseguros.

Um fator muito importante durante o funcionamento de um reator é o controle da reatividade. Reatores resfriados por água fervente contém uma certa quantidade de vapor no núcleo. Como a água é um refrigerante mais eficiente e um absorvedor de nêutrons mais eficaz do que o vapor, uma mudança na proporção de bolhas de vapor, ou ‘vazios’, no refrigerante resultará em uma mudança na reatividade do núcleo. A proporção dessas mudanças é denominada coeficiente de reatividade de vazio. Quando o coeficiente de reatividade de vazio é negativo, um aumento no vapor levará a uma diminuição na reatividade. Em reatores que o mesmo circuito de água atua como moderador e refrigerante, a geração de vapor em excesso reduz a desaceleração dos nêutrons necessária para sustentar a reação em cadeia nuclear. Isso leva a uma redução na potência e é um recurso básico de segurança.

O coeficiente de vazio de reatividade no RBMK* é positivo. Quando há um aumento de vapor no núcleo a reatividade do reator aumentará. Nesse caso, a redução da absorção de nêutrons como resultado da produção de vapor, e a presença de nêutrons extras livres, intensifica a reação em cadeia. Isso leva a um aumento na reatividade do sistema.

Embora em outros reatores o coeficiente de reatividade de vazio seja apenas um contribuinte para o coeficiente de reatividade geral, em reatores RBMK* é o componente dominante. No momento do acidente em Chernobyl, o coeficiente de reatividade de vazio era tão positivo que superou os outros componentes do coeficiente de potência, e o próprio coeficiente de potência tornou-se positivo. Quando a energia começou a aumentar, mais vapor foi produzido, o que por sua vez levou a um aumento na energia. O calor adicional resultante do aumento da potência elevou a temperatura no circuito de resfriamento e mais vapor foi produzido. Mais vapor significa menos resfriamento e menor absorção de nêutrons, resultando em um rápido aumento da potência para cerca de 100 vezes a capacidade nominal do reator causando a explosão.