A Divisão de Combustível da Rosatom (TVEL) está aprimorando continuamente seu combustível para aumentar a segurança e está avançando em P&D para estabelecer um ciclo fechado de combustível nuclear e maximizar o uso da energia contida no urânio natural. Aqui está uma visão geral das conquistas recentes neste campo.
A Unidade 2 da Usina Nuclear de Rostov concluiu a última iteração do projeto-piloto de combustível tolerante a acidentes (ATF). “Tolerante” significa que o combustível foi projetado para ser mais resistente a acidentes graves além da base de projeto. Os conjuntos de combustível foram carregados no reator VVER-1000 em 2021 e completaram um ciclo operacional completo, consistindo em três intervalos de reabastecimento de 18 meses. A operação piloto envolveu três conjuntos combinados TVS-2M, cada um contendo 12 barras de combustível. Seis dessas barras utilizaram uma liga 42CrNiMo, enquanto o revestimento das demais foi feito de uma liga de zircônio revestida com cromo. Em caso de emergência, esses novos materiais eliminarão completamente ou retardarão significativamente o desenvolvimento de uma reação vapor-zircônio no núcleo do reator.
“Considerando todos os fatores — economia, tecnologia, regulamentação e procedimentos —, a escolha ideal para aplicação comercial é o revestimento feito de uma liga convencional de zircônio revestida com cromo. O programa de desenvolvimento da ATF produziu outro resultado essencial para o fechamento do ciclo do combustível nuclear. As propriedades da superfície revestida de cromo eliminam várias operações manuais durante a fabricação de combustível nuclear para reatores VVER. A fabricação totalmente automatizada é um pré-requisito para a produção comercial de combustível contendo urânio e plutônio reprocessados”, explicou Alexander Ugryumov, vice-presidente sênior de Pesquisa e Desenvolvimento da TVEL.
A Unidade 1 da Usina Nuclear de Balakovo concluiu o terceiro período de operação piloto de 18 meses para os conjuntos de combustível contendo combustível REMIX. Esse combustível é uma mistura de urânio e plutônio reprocessados, recuperados do combustível nuclear usado dos reatores VVER. O REMIX está previsto para uso em reatores térmicos de água leve, integrando-os assim ao ciclo fechado do combustível nuclear.
Seis conjuntos de combustível totalmente carregados com as inovadoras barras de combustível foram introduzidos no reator VVER-1000 no final de 2021. Não foram detectados desvios durante a operação; o desempenho neutrônico e os parâmetros do ciclo de vida permaneceram dentro dos limites de projeto. Os três últimos desses seis conjuntos foram extraídos do núcleo em março de 2026. Assim como os conjuntos com revestimento ATF, eles passaram com sucesso por três intervalos de reabastecimento de 18 meses. Após serem extraídos do núcleo do reator, os conjuntos de combustível irradiado foram colocados em uma piscina de combustível usado. Três conjuntos extraídos em 2024, após a conclusão do segundo intervalo de reabastecimento, já estão armazenados lá. Os conjuntos resfriados serão enviados ao instituto de pesquisa em Dimitrovgrad para exames pós-irradiação.
“Levando em conta a operação de barras de combustível experimentais e, posteriormente, de conjuntos de combustível padrão, acumulamos quase 10 anos de experiência na irradiação de combustível REMIX em um reator comercial de grande capacidade. Após concluir os exames pós-irradiação das barras de combustível usado, seremos capazes de qualificar o combustível de urânio-plutônio para reatores VVER e oferecê-lo ao mercado pela primeira vez no mundo. O próximo passo será carregar um reator VVER com conjuntos de combustível de urânio-plutônio contendo urânio empobrecido e até 5% de plutônio. Assim, estamos desenvolvendo uma linha completa de produtos e soluções para o conceito de ciclo de combustível nuclear equilibrado, que vai desde o urânio reprocessado até várias composições de urânio-plutônio”, comentou Alexander Ugryumov.
Cientistas da Divisão de Combustível desenvolveram um método comercial para a produção do isótopo nitrogênio-15, a fim de fabricar a próxima geração de combustível de nitreto misto de urânio-plutônio (MUPN). Está previsto que ele seja utilizado no reator de nêutrons rápidos BREST-OD-300, no âmbito do projeto Proryv (Breakthrough).
Como o nitrogênio-15 quase não absorve nêutrons, um número maior deles permanecerá no núcleo. Portanto, o uso do nitrogênio-15 permite, teoricamente, uma redução na quantidade de material combustível carregado no reator. Além disso, o nitrogênio-15 reduzirá a geração de carbono-14 indesejado. Tudo isso melhorará o desempenho econômico e operacional do reator.
Para produzir nitrogênio-15 em sistemas bifásicos gás-líquido, foi criada uma instalação laboratorial piloto no Instituto Bochvar (VNIINM). Os processos tecnológicos para a obtenção do isótopo altamente enriquecido foram testados e otimizados, e o primeiro lote do produto foi fabricado.
“Nossa pesquisa sobre combustível para reatores rápidos abrange tanto combustíveis avançados quanto materiais estruturais, tecnologias de fabricação de combustível de urânio-plutônio e soluções para seu reprocessamento. Todos esses desenvolvimentos visam garantir a segurança energética e ambiental dentro do paradigma da sustentabilidade, expandindo ao máximo a base de recursos para usinas nucleares, ao mesmo tempo em que minimizam os resíduos radioativos e o combustível irradiado”, concluiu Alexander Ugryumov.
