Language
Country/Area
No result found
Por que a prata, o cádmio e o háfnio são os elementos estelares das barras de controle nas usinas nucleares?
No processo de geração de energia nuclear, as hastes de controle desempenham um papel vital. Eles podem controlar efetivamente a velocidade da fissão nuclear para garantir a operação segura e estável do reator. Este artigo explora por que três elementos, prata, cádmio e háfnio, são considerados os elementos estrela das barras de controle em usinas nucleares e o papel que desempenham na produção de energia.
Princípio de funcionamento da haste de controle
Barras de controle são inseridas no núcleo de um reator nuclear para regular a velocidade da reação nuclear em cadeia. Essas hastes de controle são feitas de elementos químicos capazes de absorver grandes quantidades de nêutrons. Os representantes típicos de tais elementos são a prata, o cádmio e o háfnio.
A inserção e remoção de hastes de controle afeta diretamente a reatividade do reator e a energia térmica e a potência que ele produz.
Existem outros projetos de reatores, como Reator de Água Fervente (BWR), Reator de Água Pressurizada (PWR), etc., que utilizam diferentes materiais de haste de controle, dependendo da distribuição de energia de seus nêutrons. Quando o índice de cálculo da reatividade do reator exceder 1, a velocidade da reação em cadeia nuclear aumentará rapidamente com o índice de tempo; quando a reatividade estiver abaixo de 1, a velocidade da reação em cadeia diminuirá gradualmente;
Porquê Prata, Cádmio e Háfnio?
Esses três elementos os tornam a primeira escolha para materiais de haste de controle devido às suas propriedades específicas na absorção de nêutrons. Por exemplo, a liga prata-cádmio-níquel (AIC) é amplamente utilizada em muitos reatores comerciais de água pressurizada. Ao mesmo tempo, o cádmio possui boa resistência mecânica e pode manter a estabilidade em ambientes de alta temperatura, tornando-o um excelente material absorvente de nêutrons.
A resistência à corrosão e a resistência do háfnio fazem dele uma escolha importante em reatores para alguns usos militares.
Embora a prata, o cádmio e o háfnio forneçam excelentes propriedades de captura de nêutrons, a disponibilidade e o custo de cada elemento afetam seu uso na geração de energia nuclear. Tomemos a prata como exemplo. Embora tenha um bom desempenho na captura de nêutrons, sua raridade limita sua viabilidade para aplicações em larga escala.
Desejabilidade e avaliação do material
Ao selecionar materiais para hastes de controle, os cientistas considerarão não apenas a eficiência da captura de nêutrons, mas também a resistência ao calor, a usinabilidade e os fatores de custo futuros do material. Portanto, combinações sintéticas comuns de elementos, como aço com alto teor de boro ou ligas de prata-cádmio, tornaram-se o foco da pesquisa dos cientistas.
Materiais com maior eficiência de captura e durabilidade geralmente melhoram a segurança geral do reator.
Dados esses fatores, cobalto, níquel e outros elementos de terras raras também estão sob pesquisa futura e podem ser incorporados em materiais de projeto de hastes de controle. Isto não só melhora a disponibilidade, mas também proporciona mais opções à indústria da energia nuclear.
Medidas de segurança e emergência
A segurança dos reatores nucleares depende muito do projeto das hastes de controle. Os mecanismos de segurança da maioria dos reatores modernos configuram as hastes de controle para descerem automaticamente até o núcleo para interromper rapidamente a reação no caso de falha de energia. Este recurso é conhecido na comunidade de energia nuclear como "SCRAM" (Shutting Down Reactor Rapidly).
A capacidade de resposta rápida das hastes de controle é a base para garantir a operação segura do reator.
No que diz respeito ao BWR, embora seu modo de operação seja diferente, uma vez que ocorra a necessidade de desligamento de emergência, o sistema hidráulico especialmente projetado colocará imediatamente as hastes de controle para desligamento seguro, mostrando as importantes considerações de segurança no projeto do reator.
Conclusão
Em resumo, os três elementos prata, cádmio e háfnio são materiais importantes para barras de controle em usinas nucleares. Suas excelentes propriedades de absorção de nêutrons e outras propriedades físicas os tornam a escolha preferida no projeto de reatores. No entanto, à medida que exploramos fontes de energia mais seguras e económicas, poderemos encontrar outros materiais mais superiores e revolucionários para substituir estes elementos tradicionais?
