Reator Térmico vs Reator Rápido: Diferença e Comparação

Principais lições

1. velocidade de nêutrons: A diferença fundamental entre reatores térmicos e reatores rápidos é o nível de energia dos nêutrons que causam a fissão. Os reatores térmicos usam nêutrons lentos ou “térmicos” para sustentar a reação nuclear em cadeia, enquanto os reatores rápidos usam nêutrons de alta energia ou “rápidos”.
2. Combustível e Eficiência: Os reatores térmicos usam principalmente urânio-235 ou plutônio-239 como combustível, que são físseis com nêutrons rápidos e lentos. No entanto, reatores rápidos também podem utilizar eficientemente o urânio-238, um isótopo muito mais abundante, e também podem “produzir” mais combustível (plutônio-239) a partir dele, levando a uma melhor utilização de combustível e menos desperdício.
3. Moderação e Resfriamento: os reatores térmicos requerem um moderador, como água ou grafite, para desacelerar os nêutrons para energias térmicas, que também atuam como refrigerante em muitos projetos. Já os reatores rápidos não usam moderador, pois o objetivo é manter a velocidade dos nêutrons. Em vez disso, eles usam substâncias como sódio líquido, chumbo ou sal fundido para resfriamento, que não desaceleram os nêutrons.

O que é reator térmico?

Um reator térmico é um tipo de reator nuclear que depende de nêutrons térmicos para sustentar uma reação em cadeia de fissão. É um componente crucial de usinas nucleares e reatores de pesquisa. O termo “térmico” refere-se ao fato de que os nêutrons usados ​​no processo de fissão foram desacelerados ou moderados para energias mais baixas, tornando-os mais eficazes em causar fissão em certos isótopos de urânio e plutônio.

O princípio básico por trás de um reator térmico é controlar a taxa de fissão nuclear usando um material moderador, que desacelera os nêutrons rápidos produzidos durante a fissão. O moderador mais comumente usado em reatores térmicos é a água (reatores de água leve) ou grafite (reatores moderados por grafite).

O que é Reator Rápido?

Um reator rápido é um tipo de reator nuclear que usa nêutrons rápidos (nêutrons com maior energia cinética) para sustentar uma reação em cadeia de fissão nuclear. Ao contrário dos reatores térmicos, que dependem de nêutrons termalizados (desacelerados), os reatores rápidos usam nêutrons rápidos para fissão de certos isótopos de combustível nuclear, como plutônio-239 e urânio-233. Os reatores rápidos são projetados para utilizar com eficiência o combustível nuclear e produzir menos resíduos radioativos em comparação com os reatores térmicos convencionais.

Os reatores rápidos têm várias vantagens, incluindo o potencial para maior eficiência de combustível, redução de resíduos radioativos de longo prazo e a capacidade de utilizar certos combustíveis nucleares que não são práticos em reatores térmicos. No entanto, reatores rápidos também apresentam desafios técnicos e preocupações de segurança, como o risco de aumentos rápidos de energia (eventos “prompt críticos”) e as propriedades corrosivas dos refrigerantes de metal líquido.

Diferença entre reator térmico e reator rápido

1. Energia de nêutrons: A principal diferença entre reatores térmicos e reatores rápidos está na energia dos nêutrons usados ​​para sustentar a reação em cadeia da fissão nuclear. Os reatores térmicos usam nêutrons termalizados (desacelerados), enquanto os reatores rápidos usam nêutrons rápidos (nêutrons com maior energia cinética).
2. Utilização de Combustível: Os reatores térmicos utilizam combustível de urânio enriquecido; alguns usam combustível de óxido misto (MOX) contendo uma combinação de isótopos de urânio e plutônio. Os reactores rápidos, por outro lado, podem utilizar uma gama mais ampla de tipos de combustível, incluindo plutónio-239 e urânio-233, e têm potencial para alcançar maior eficiência de combustível e gerar menos resíduos radioactivos de vida longa.
3. Moderação de nêutrons: Em reatores térmicos, um moderador (por exemplo, água ou grafite) é usado para desacelerar os nêutrons, o que aumenta a probabilidade de fissão em certos isótopos. Os reatores rápidos operam sem um moderador ou usam moderação mínima, contando com nêutrons rápidos para reações de fissão.
4. Capacidade de reprodução: reatores rápidos têm o potencial de serem “reprodutores”, o que significa que podem produzir mais material físsil do que consomem durante a operação. Ao converter isótopos não físseis (por exemplo, urânio-238) em isótopos físseis, como plutônio-239, reatores rápidos podem gerar combustível nuclear adicional enquanto geram energia. Os reatores térmicos não possuem recursos de reprodução significativos.
5. Refrigerante: Os reatores térmicos usam água como refrigerante e às vezes como moderador. Em contraste, os reatores rápidos empregam refrigerantes de metal líquido, como sódio ou chumbo, que possuem boas propriedades de transferência de calor e podem remover eficientemente o calor do núcleo do reator.

Comparação entre reator térmico e reator rápido

Parâmetros de comparação	Reator Térmico	Reator rápido
energia de nêutrons	Nêutrons termalizados (desacelerados)	Nêutrons rápidos (maior energia)
Tipos de combustível	urânio enriquecido, combustível MOX	Plutônio-239, urânio-233 e mais
Eficiência do combustível	Eficiência de combustível moderada	Maior eficiência de combustível (reprodutor potencial)
Sistema de Arrefecimento	Refrigerante de água	Refrigerante de metal líquido (por exemplo, sódio, chumbo)
Lixo nuclear	Produz resíduos radioativos de vida longa	Pode reduzir o desperdício de vida longa (reprodutor potencial)

Referências

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002954930900346X
2. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.13182/NT88-129

Última atualização: 18 de agosto de 2023