O ciclo balanceado do combustível nuclear é uma nova área de produtos que está sendo desenvolvida dentro da estrutura da Rosatom e oferecida aos clientes pela Techsnabexport e TVEL. Um ciclo balanceado do combustível nuclear pressupõe abordagens à gestão do combustível nuclear irradiado que nenhum outro país do mundo pode implementar atualmente e esta é a proposta singular da Rosatom.

No Fórum KazAtomExpo realizado recentemente no Cazaquistão, especialistas da Rosatom realizaram duas palestras no estande da corporação estatal sobre a nova linha de produtos.

Um ciclo balanceado do combustível nuclear baseia-se no conceito de utilização múltipla do combustível nuclear. O fato é que, durante a operação no reator, o urânio, que forma a base do combustível nuclear, não se queima completamente. Além disso, ao interagir com os nêutrons, forma-se o plutônio, outro material físsil que também pode participar de reações nucleares e gerar calor. Se estes elementos forem removidos do combustível irradiado (SNF) e transformados em novo combustível, a extração de urânio natural e o volume de resíduos enviados para eliminação final diminuirão drasticamente. Esta é a ideia principal do reprocessamento múltiplo de combustível no âmbito de um ciclo balanceado do combustível nuclear.

Um ciclo balanceado do combustível nuclear é um complexo de quatro serviços. Inclui, em primeiro lugar, o reprocessamento de combustível irradiado com fracionamento de resíduos de alto nível. Em segundo lugar, a produção de combustível urânio-plutônio. Em terceiro lugar, a pós-combustão de actinídeos menores em reatores rápidos e, em quarto lugar, a criação de sistemas de armazenamento e transporte a longo prazo para o combustível irradiado e os resíduos de atividade elevada. Estes quatro serviços cobrem completamente a gama de tarefas associadas à gestão do combustível irradiado de reatores comerciais. Os serviços podem ser adquiridos individualmente ou em conjunto. Eles são adequados para proprietários de combustível irradiado de qualquer reator de água pressurizada – diversas modificações de VVER, PWR, BWR, etc. O projeto específico será customizado de acordo com os desejos e limitações do cliente.

Como funciona a eliminação e reprocessamento de combustível nuclear irradiado

O combustível nuclear irradiado (SNF) resfriado na piscina de resfriamento é carregado em contêineres especiais de transporte e embalagem de transporte (Kits de Transporte e Embalagem). Gradualmente, o combustível irradiado é recarregado em kits de embalagens de armazenamento de alta capacidade. Quando esses conjuntos são suficientes para carregar um trem de transporte, eles são enviados à Rússia para processamento nas empresas Rosatom. É aqui que começa a parte mais interessante – a divisão do combustível em frações (fracionamento). Primeiro, são separados o urânio (cerca de 96% da massa total do combustível) e o plutônio (cerca de 1,2%), que podem ser usados ​​para produzir novas porções de vários tipos de combustível. Em seguida, são extraídos actinídeos menores – neptúnio, amerício, cúrio. Eles são enviados para pós-combustão em reatores rápidos de nêutrons. Por fim, a chamada “fração de vida curta” – principalmente estrôncio e césio – é vitrificada e enviada para eliminação final.

Produção de novo combustível

O proprietário de uma usina nuclear pode encomendar combustível a partir de materiais extraídos do combustível nuclear irradiado. Os reatores de nêutrons térmicos podem usar tanto combustível feito de urânio regenerado quanto combustível REMIX, que é criado a partir de uma mistura de urânio e plutônio. É igual em geometria ao urânio, mas as diferenças estão nos parâmetros de nêutrons. Se o cliente não quiser usar esta opção, o urânio e o plutônio serão usados ​​para produzir combustível para reatores russos.

Transmutação de actinídeos menores

Este é obviamente o serviço mais singular dentro do ciclo balanceado do combustível nuclear. É único, pois apenas a Rosatom chegou à implementação prática da ideia de queimar actinídeos menores – elementos transurânicos de longa vida e altamente radiotóxicos – em reatores rápidos. Em julho de 2024, três conjuntos de combustível foram carregados no reator BN-800 na usina nuclear de Beloyarsk, com actinídeos menores adicionados ao combustível. Escrevemos mais sobre isso na edição anterior.

Em reatores rápidos, o amerício e o neptúnio são convertidos em elementos estáveis ​​ou de vida curta, cuja radioatividade diminui ao nível do minério de urânio natural ao longo de cerca de 300 anos. Este é um resultado extremamente importante, pois permite reduzir significativamente o volume e o grau de periculosidade dos resíduos radioativos enviados para eliminação. Para efeito de comparação, sem reprocessamento, o risco potencial de vida útil do combustível nuclear irradiado seria de, pelo menos, 700 mil anos.

Armazenamento e transporte

Ao solicitar um serviço de remoção e processamento, o cliente pode adquirir ao mesmo tempo contêineres de embalagens de transporte e reabastecimento, kits de embalagens de armazenamento de alta capacidade, bem como pontos de armazenamento de contêineres onde tudo isso será colocado. Todos esses componentes tornarão o reabastecimento, o armazenamento e o transporte de combustível confiáveis ​​e seguros. Este serviço já foi utilizado pela usina nuclear de Akkuyu, onde, em fevereiro deste ano, chegou o exemplar principal do modelo TUK-137T.A1, que a Rosatom classifica como unidade de transporte e reabastecimento.

Para os clientes de um ciclo balanceado de combustível nuclear, a Rosatom manterá a fração altamente ativa e de vida curta por cerca de 30 anos. Será então transportado para o país do cliente e colocado numa instalação de armazenamento próximo da superfície, juntamente com resíduos de nível intermediário, para contenção final. No entanto, outra opção é possível: retirar imediatamente a fração altamente ativa de vida curta e colocá-la em conjuntos de embalagens de alta capacidade nas instalações do cliente, onde atingirão um estado adequado para eliminação em 30 anos.

Benefícios para os clientes

Com a ajuda de um ciclo balanceado do combustível nuclear, o cliente poderá minimizar o volume de resíduos gerados. Segundo estimativas preliminares de especialistas, ao longo dos 60 anos de serviço de uma usina nuclear de duas unidades com reatores VVER-1200, são gerados 7 mil m³ de SNF (incluindo embalagens). Após o reprocessamento, restam sete vezes menos combustível irradiado. Todo o volume de resíduos de nível intermediário (juntamente com a matriz) caberá em 30 conjuntos de embalagens de alta capacidade. Os custos de infraestrutura para armazenamento temporário e final de resíduos serão reduzidos em aproximadamente 23%. Uma vantagem importante é a possibilidade de utilizar o “financiamento verde”, visto que um ciclo balanceado do combustível nuclear satisfaz todos os requisitos modernos para o desenvolvimento sustentável. Em geral, a introdução e utilização ativa de um ciclo balanceado do combustível nuclear permite resolver o problema da acumulação de combustível irradiado e confirma o status da energia nuclear como fonte de energia renovável e limpa.

As palestras na KazAtomExpo, de acordo com o feedback dos participantes, provocaram muitas perguntas e receberam muitos elogios. As questões diziam principalmente respeito a soluções até então desconhecidas para uma vasta gama de soluções relativas ao fracionamento de resíduos de alto nível e à transmutação de actinídeos menores. Os elogios trataram do fato de a Rosatom ter conseguido criar um produto harmonioso que alivia o operador da usina nuclear das preocupações sobre o destino a longo prazo do combustível nuclear irradiado.