Usinas nucleares podem ser descritas como usinas termelétricas nas quais o processo de geração de eletricidade acontece por meio da obtenção de calor de uma fonte determinada. Nesse caso em particular, a fonte principal é o metal radioativo denominado urânio (U).

Os vídeos abaixo mostram detalhes do funcionamento de um reator nuclear que é o elemento fundamental de uma usina nuclear

Como Funcionam Os Reatores Nucleares? - 11:09

Afinal, Para Que Servem Estas Torres Nas Usinas Nucleares? - 6:20

Para o funcionamento, as usinas nucleares possuem uma estrutura que é denominada vaso de pressão. Nele há água usada para refrigerar o núcleo do reator, onde está o combustível nuclear.

A água circula no gerador de vapor em uma estrutura chamada de circuito primário. Quando o circuito primário aquece, uma corrente de água passa por dentro do gerador – que é o circuito secundário.

Dentro do circuito secundário, a água é transformada em vapor e a alta pressão do fluido é isso que faz com que as turbinas se movimentem e gerem a energia elétrica. Após passar pela turbina o vapor é direcionado para um condensador, onde a troca de calor faz com que a água se torne líquida novamente e possa retornar ao processo.

Esquema de funcionamento de uma usina nuclear

Texto Usina Nuclear escrito por Carolina Batista

A energia nuclear está na força que mantém os componentes dos átomos unidos (prótons, elétrons e nêutrons). Quando estes componentes são separados, há uma grande quantidade de energia liberada, que pode ser calculada pela equação de Einstein: E = mc^² , onde E é a energia liberada, m a massa total dos átomos participantes da reação, e c a velocidade da luz. Logo nota-se que a energia resultante é muito grande.

Uma das maneiras de retirar essa energia é através da fissão nuclear.

A Fissão Nuclear acontece quando um átomo (geralmente de urânio U-235) é bombardeado com nêutrons. Então, este átomo ficará com uma massa maior, tornando-se muito instável. Por causa da instabilidade, ele se dividirá em dois novos átomos (no caso do urânio, se dividirá em criptônio (Kr) e bário (Ba)) e mais alguns nêutrons que não ficarão em nenhum átomo. Esses neutrôns livres vão se chocar em outros átomos, gerando uma reação em cadeia. É este o processo utilizado nas usinas Nucleares.

Para observar a fissão nuclear acesse a simulação do PHET  Interactive Simulations da Universidade do Colorado.

As usinas nucleares utilizam o princípio da fissão nuclear para gerar calor. Dentro do Reator Nuclear, centenas de varetas contendo material radioativo são fissionadas, liberando muito calor. Este calor irá aquecer a água (totalmente pura) que fica dentro do reator. Ela pode chegar á incríveis 1500°C a uma pressão de 157atm. Essa água quente irá seguir por tubos, até o vaporizador, depois volta ao reator, completando o circuito primário.

Usina Nuclear é um tipo de termoelétrica. Ilustração: US NRC.gov