A TVEL, divisão de combustíveis da Rosatom, fez progressos significativos no desenvolvimento, na comprovação da segurança e na oferta de novos tipos de combustível aos seus clientes. Este combustível é mais seguro, mais econômico e contribui para o fechamento do ciclo do combustível nuclear, permitindo maximizar o potencial energético do urânio natural e reduzir o volume de combustível nuclear irradiado.

Segurança comprovada

O terceiro e último ciclo de 18 meses de operação piloto de conjuntos de combustível com o combustível REMIX começou na Unidade No. 1 da Usina Nuclear de Balakovo (parte da Rosatom).

O REMIX é um combustível desenvolvido por cientistas nucleares russos a partir de uma mistura regenerada de urânio e plutônio com adição de urânio enriquecido. O REMIX foi projetado especificamente para reatores de água leve. O teor de plutônio neste combustível não excede 5%. O espectro de nêutrons não difere do combustível de urânio convencional, de modo que seu comportamento no reator e a quantidade de plutônio produzido em geral não diferem do combustível padrão. Graças a estas características, o combustível REMIX pode ser utilizado sem medidas de segurança adicionais significativas.

Pela primeira vez, seis conjuntos de combustível com o combustível REMIX foram carregados no reator VVER-1000 da Unidade No. 1 da Usina Nuclear de Balakovo no final de 2021. Eles passam por um ciclo operacional padrão – três campanhas de 18 meses cada. Após cada uma das duas campanhas já concluídas, os especialistas da Rosatom inspecionaram os elementos combustíveis e os componentes estruturais dos conjuntos por meio de uma câmara padrão da máquina de reabastecimento e não encontraram nenhum impedimento para a continuidade da operação.

A terceira campanha terminará no primeiro semestre de 2026 durante a manutenção programada. Os conjuntos serão transferidos para a piscina de resfriamento e depois encaminhados para pesquisa pós-reator. “Após a conclusão do programa piloto de operação industrial e da pesquisa pós-reator do combustível REMIX, a Rosatom terá evidências suficientes para oferecer ao mercado um novo produto dentro do conceito do ciclo balanceado do combustível”, destacou Alexander Ugriumov, Vice-Presidente de Atividades Científicas e Técnicas da TVEL JSC. Então, a TVEL planeja converter gradualmente uma de suas unidades de alta potência para o combustível REMIX.

O enriquecimento continua

O reator de pesquisa MIR.M1 (parte do Instituto de Pesquisa de Reatores Nucleares da Divisão Científica da Rosatom) foi carregado com um conjunto experimental composto por 12 barras de combustível com composição à base de urânio-érbio. O enriquecimento de urânio em cada elemento combustível é de aproximadamente 5%.

A testagem deste conjunto é a primeira etapa de um programa que visa aumentar gradativamente o nível de enriquecimento acima de 5%. “Até agora, a eficiência do reator foi melhorada através da introdução de novos projetos e modificações nos conjuntos de combustível. Grande parte da inovação envolveu o aumento do volume físico de urânio enriquecido nas barras de combustível, permitindo, em última análise, gerar mais energia a partir de um único conjunto de combustível. Agora, para otimizar ainda mais a economia das usinas nucleares, será provavelmente necessário exceder o limite de 5% de enriquecimento de urânio para reatores térmicos de alta potência. Dado que no núcleo ativo dos reatores VVER modernos existem 163 conjuntos de combustível, e em cada um deles mais de 500 kg de urânio, mesmo um aumento de apenas 1% no enriquecimento terá um impacto muito significativo”, explicou Alexander Ugriumov, Vice-Presidente de Atividades Científicas e Técnicas da TVEL.

Segundo estimativas dos cientistas da TVEL, o uso de érbio em vez do gadolínio padrão como absorvedor de nêutrons em combinação com combustível enriquecido acima de 5% tornará possível passar de ciclos de combustível de 12 e 18 meses para ciclos de 24 meses. Com paradas menos frequentes para reabastecimento de combustível, a produção de eletricidade aumentará e, como resultado, também aumentarão as receitas e outros indicadores econômicos da usina nuclear.

O programa de testes foi projetado para 4 ciclos anuais de irradiação. Os resultados dos estudos ajudarão a desenvolver uma tecnologia para a produção em série de combustível de urânio-érbio para os reatores VVER, bem como darão embasamento ao seu uso em usinas nucleares de projeto russo.

Para reatores rápidos

Os cientistas da Rosatom alcançaram resultados significativos ao confirmarem duas opções principais para sistemas de reatores de nêutrons rápidos de Geração IV. Assim, para testes no reator BN-600 da Usina Nuclear de Beloyarsk, um conjunto OS-4 foi fabricado com combustível SNUP (nitreto misto de urânio-plutônio). A irradiação deste conjunto deve confirmar o aumento do consumo de combustível. O projeto do conjunto utiliza soluções técnicas para garantir a segurança dos testes.

Além disso, três conjuntos experimentais de KTEVS-MAK foram fabricados com barras de combustível de tamanho padrão do BN-1200, à base de combustível MOX com camada axial. Neles, um fragmento com material reprodutor (urânio empobrecido) é incluído na coluna de combustível. Juntos, esses fragmentos formarão uma camada horizontal no reator que separará o núcleo ativo. Presume-se que este tipo de estruturação reduzirá os danos causados ​​pela radiação no revestimento das barras de combustível, mantendo ao mesmo tempo a queima necessária do combustível. Esta solução foi comprovada em diversos países, mas pode ser implementada pela primeira vez, na prática, no reator BN-1200. Conjuntos de ambos os tipos, fabricados na Siberian Chemical Combine (parte da TVEL), estão programados para serem carregados no núcleo do BN-600 em 2025.

Graças aos testes de reator e pós-reator, os cientistas poderão estudar os processos que ocorrem em barras de combustível de novos tipos e licenciar o combustível para uso no reator BN-1200, o primeiro reator de nêutrons rápidos em série do mundo. Espera-se que tanto o combustível MOX quanto o SNUP possam ser usados ​​neste reator. A construção de uma unidade equipada com o BN-1200 na Usina Nuclear de Beloyarsk está prevista para começar em 2027.

O ciclo balanceado do combustível nuclear é um produto da Rosatom baseado em tecnologias de fechamento do ciclo do combustível nuclear, que permitem o reprocessamento eficiente do combustível nuclear irradiado e garantem a gestão racional dos produtos reprocessados.