Quando o reator de divisão de átomos de um poder nuclear a planta está operando normalmente, é considerada "crítica" ou em estado de "criticidade". É um estado necessário para o processo quando a eletricidade essencial está sendo produzida.
Usar o termo “criticidade” pode parecer contra-intuitivo como forma de descrever a normalidade. Na linguagem do dia-a-dia, a palavra geralmente descreve situações com potencial para desastres.
No contexto da energia nuclear, a criticidade indica que um reator está operando com segurança. Existem dois termos relacionados à criticidade - supercriticalidade e subcriticalidade, que também são normais e essenciais para a geração adequada de energia nuclear.
A crítica é um estado equilibrado
Uso de reatores nucleares urânio varetas de combustível - tubos longos e delgados de zircônio contendo pelotas de material fissionável para criar energia por meio da fissão. A fissão é o processo de divisão dos núcleos dos átomos de urânio para liberar nêutrons que, por sua vez, dividem mais átomos, liberando mais nêutrons.
Criticalidade significa que um reator está controlando uma reação em cadeia de fissão sustentada, onde cada evento de fissão libera um número suficiente de nêutrons para manter uma série contínua de reações. Este é o estado normal de geração de energia nuclear.
Varetas de combustível dentro de um reator nuclear estão produzindo e perdendo um número constante de nêutrons, e o sistema de energia nuclear é estável. Os técnicos de energia nuclear possuem procedimentos, alguns deles automatizados, caso ocorra uma situação em que mais ou menos nêutrons sejam produzidos e perdidos.
A fissão produz uma grande quantidade de energia na forma de calor e radiação muito elevados. É por isso que os reatores são alojados em estruturas seladas sob grossas cúpulas de concreto reforçado com metal. As usinas de energia aproveitam essa energia e calor para produzir vapor para acionar geradores que produzem eletricidade.
Controlando Criticidade
Quando um reator está sendo inicializado, o número de nêutrons é aumentado lentamente de maneira controlada. As hastes de controle de absorção de nêutrons no núcleo do reator são usadas para calibrar a produção de nêutrons. As hastes de controle são feitas de elementos que absorvem nêutrons, como cádmio, boro ou háfnio.
Quanto mais profundamente as hastes são abaixadas no núcleo do reator, mais nêutrons as hastes absorvem e menos fissão ocorre. Os técnicos puxam para cima ou para baixo as hastes de controle no núcleo do reator, dependendo se mais ou menos fissão, produção de nêutrons e energia são desejados.
Caso ocorra um mau funcionamento, os técnicos podem mergulhar remotamente as hastes de controle no núcleo do reator para absorver rapidamente os nêutrons e desligar o reação nuclear.
O que é supercriticalidade?
Na inicialização, o reator nuclear é brevemente colocado em um estado que produz mais nêutrons do que são perdidos. Essa condição é chamada de estado supercrítico, que permite que a população de nêutrons aumente e mais energia seja produzida.
Quando a produção de energia desejada é alcançada, ajustes são feitos para colocar o reator no estado crítico que sustenta o equilíbrio de nêutrons e a produção de energia. Às vezes, como em paradas para manutenção ou reabastecimento, os reatores são colocados em um estado subcrítico, de modo que a produção de nêutrons e energia diminuem.
Longe do estado preocupante sugerido por seu nome, criticidade é um estado desejável e necessário para uma usina nuclear que produza um fluxo de energia consistente e estável.