O reator BREST-OD-300 é o primeiro reator rápido desse tipo, alimentado com nitreto e resfriado a chumbo, implementado não apenas no papel, mas já construído em “ferro”. Seu principal objetivo é demonstrar a viabilidade e o sucesso do fechamento do ciclo do combustível nuclear e as mais recentes tecnologias de reatores.

Como o reator é projetado e como ele funciona?

BREST-OD-300 significa “Reator Rápido de Segurança Natural, Demonstração Experimental, com Capacidade de 300 MW”. O refrigerante usado é chumbo fundido. O combustível é uma mistura de urânio e nitreto de plutônio (SNUP). O primeiro concreto foi derramado na fundação do prédio do reator em junho de 2021.

O novo refrigerante requer o uso de um design especial. No BREST-OD-300, o núcleo está localizado na cavidade central de uma piscina de concreto armado preenchida com chumbo líquido. Os geradores de vapor e as bombas de circulação estão localizados nas cavidades periféricas.

As temperaturas de fusão e ebulição e outras características físicas do refrigerante, bem como as características do reator, possibilitaram o abandono da armadilha de fusão, evitam um grande volume de sistemas de suporte e também reduzem a classe de segurança dos equipamentos não reatores. O projeto integral e a física da usina do reator excluem acidentes que exijam a evacuação da população.

O reator funciona segundo um esquema de dois circuitos: o combustível nuclear aquece o chumbo líquido do circuito primário, dentro do gerador de vapor entrega o calor à água do circuito secundário, que na forma de vapor gira a turbina que transfere energia ao gerador elétrico, que, por sua vez, produz eletricidade.

O BREST-OD-300 faz parte do Complexo de Energia de Demonstração Experimental (ODEK). ODEK também inclui um módulo de produção de combustível de urânio-plutônio e um módulo de reprocessamento de combustível usado. Novos lotes de combustível novo serão produzidos a partir de plutônio de grau energético com adição de urânio empobrecido, usando tecnologia de fusão carbotérmica.

Os três elementos do ODEK devem demonstrar a sustentabilidade da produção cíclica de combustíveis, sua utilização e reprocessamento do combustível nuclear irradiado. Na verdade, este é o fechamento do ciclo do combustível nuclear em uma usina nuclear.

Diferentes lados do desenvolvimento

No final de abril, na Usina Química da Sibéria – Siberian Chemical Plant (SKhK, parte da TVEL), no local onde está sendo construído o ODEK, começaram a montar um protótipo de bomba para bombeamento de chumbo fundido. Aço de alta liga e materiais cerâmicos foram usados ​​para este equipamento. O equipamento pesa mais de 30 toneladas e a bomba foi entregue no final de março de 2023. Após sua instalação, ela será testada em um suporte especial em uma coluna com chumbo fundido. A bomba BREST é capaz de bombear 11 toneladas de chumbo fundido por segundo pelo circuito primário do reator, o que equivale ao volume de um caminhão médio carregado de chumbo.

Durante este ano, especialistas verificarão as características de pressão e vazão da bomba. Com base nos resultados obtidos, considerando possíveis melhorias, serão fabricadas em série quatro unidades de bombeamento.

A Novosibirsk Chemical Concentrate Plant – Usina de Concentrados Químicos de Novosibirsk (NCCP, que faz parte da Rosatom) está trabalhando na criação de uma zona de simulação, que são modelos de cartuchos de combustível. A previsão é que esteja pronta até o final de 2024 e enviado para o ODEK.

Antes disso, as varetas de combustível e os conjuntos de combustível para o BREST-OD-300 passaram por vários estudos e testes. Um exemplo recente foi em setembro de 2022, quando os testes e estudos pós-reator de barras de combustível simuladas foram concluídos no reator pulsado IGR (Cazaquistão). Como resultado, o comportamento das varetas de combustível em situações fora do projeto envolvendo a introdução de reatividade positiva foi confirmado experimentalmente.

Paralelamente, os cientistas estão explorando novos materiais que melhoram a eficiência do combustível. Assim, em fevereiro deste ano, os especialistas da VNIINM JSC (parte da Rosatom) produziram um lote piloto de tubos bimetálicos com uma camada protetora de aço ferrítico de 0,3 mm de espessura. Esses tubos podem ser usados ​​como revestimentos para elementos de combustível em um reator refrigerado a chumbo. Eles também podem se tornar a base para as células da grade espaçadora no núcleo. No futuro, novos materiais estruturais ajudarão a aumentar a queima de combustível do SNUP em um reator rápido refrigerado a chumbo em 20-25% e, como resultado, aumentar a eficiência econômica de sua operação.

Muito trabalho também está sendo feito na formação de especialistas. Em março, mais de 30 empregados do módulo de manufatura-remanufatura do ODEK foram treinados em um simulador analítico. Os especialistas desenvolveram as habilidades de trabalho na linha de produção, processos tecnológicos, conheceram o procedimento para situações de emergência.

Estágios de duas semanas para especialistas da Siberian Chemical Plant na usina nuclear de Beloyarsk começarão este ano.

A construção do reator, a instalação e partida dos equipamentos e o projeto do módulo de processamento do combustível nuclear irradiado estão avançando conforme o planejado. Espera-se que o ODEK esteja totalmente operacional em 2030.