Neste novo ano, estamos lançando uma nova coluna: “Tecnologias de reatores”, na qual falaremos sobre os novos e interessantes tipos de reatores que estão sendo desenvolvidos pelos cientistas e engenheiros da Rosatom. Vamos começar com reatores de chumbo-bismuto rápidos. A tecnologia é conhecida há muito tempo, a primeira vez que o chumbo-bismuto foi usado foi em reatores de navios. Agora, os cientistas russos estão desenvolvendo versões terrestres de diferentes capacidades.

Características do líquido refrigerante

O chumbo-bismuto tem propriedades termofísicas favoráveis. A liga tem um ponto de fusão bastante baixo de (123℃), em comparação, no chumbo é de 327°C. Isto significa que não há necessidade de criar materiais estruturais resistentes ao calor. E o ponto de ebulição, pelo contrário, é alto, 1670℃. Portanto, é possível obter vapor muito quente a uma pressão relativamente baixa (alta pressão no circuito primário é uma característica a ser levada em conta na criação de reatores PWR, incluindo os VVERs). Quanto mais alta a temperatura do vapor, maior é a eficiência da usina de energia. Além disso, ao contrário do sódio, o chumbo-bismuto não reage com o ar ou a água, de modo que as explosões com emissões de hidrogênio e incêndios são excluídas.

Um pouco de história

Os reatores rápidos eram destinados à produção de plutônio, o combustível nuclear já era considerado renovável no início do projeto nuclear soviético. A razão é prosaica: naquela época não foram encontrados grandes depósitos de urânio na URSS, a tarefa estratégica era abastecer o país com energia. O chumbo-bismuto “perdeu para a concorrência” com o sódio para uso em um reator rápido: o plutônio é produzido mais rapidamente com sódio. Entretanto, o chumbo-bismuto não foi esquecido. Alexander Leipunsky, um dos pais fundadores do projeto nuclear e diretor científico do programa para a criação de reatores de nêutrons rápidos, sugeriu o uso da liga para a construção de reatores para submarinos nucleares.

O assunto era novo, não havia conhecimento suficiente sobre as propriedades do chumbo-bismuto. Dezenas de bancadas de teste foram construídas, mas todos estavam com pressa, então foi necessário estudar, projetar e construir submarinos nucleares quase simultaneamente. A falta de conhecimento levou ao fato de que era necessário estudar as propriedades dos reatores mesmo durante a operação: para resolver problemas e depois ajustar os regulamentos de fabricação e uso. Como resultado, seis submarinos nucleares com reatores de chumbo-bismuto serviram na frota da Marinha até 1996, o tempo total de operação em todos os módulos foi de cerca de 80 anos de reator, e as vantagens e principais características estabelecidas no projeto foram confirmadas.

A saída à terra. SVBR-100

Na segunda metade dos anos 90, foi criado um projeto conceitual para uma usina nuclear com duas unidades de energia com uma capacidade elétrica de 1600 MW com base no reator SVBR com capacidade de 100 MW, com 16 módulos em cada unidade. Em seguida, o trabalho parou. Em 2006, recebeu um novo impulso: o projeto de uma planta-piloto começou, depois surgiu uma joint venture entre a Rosatom e a Irkutskenergo, AKME-Engineering. Agora o projeto está em fase de implementação.

A capacidade planejada do SVBR é de 100-130 MW. O reator pode operar tanto com combustível urânio e urânio-plutônio, tanto óxido como nitreto. Também é possível carregar combustível com actinídeos menores com um conteúdo de até alguns por cento no SVBR-100. Está previsto que a planta do reator seja colocada em uma caixa selada, e todos os sistemas em um edifício de contenção com paredes de 1,5 m de espessura.

A Rosatom também está desenvolvendo independentemente dois reatores resfriados a chumbo-bismuto, o SVET-M e o SVGT-1.

SVET-M

“SVET-M” significa “Reator de chumbo-bismuto com circulação natural do refrigerante – Modular”. Trata-se de um reator nuclear de nêutrons rápidos do tipo integral, no qual os sistemas de circuito primário são colocados em um invólucro, e não são necessárias tubulações e acessórios de circuito primário. Sua principal característica é a circulação natural. Isto significa que não há bombas de circulação no esquema, e o refrigerante se move devido à diferença de pressão no núcleo quente e no gerador de vapor condicionalmente “frio”. Devido à grande diferença de temperatura entre o chumbo-bismuto nas partes quentes e “frias” do circuito, cria-se uma pressão mais alta (em comparação com outros refrigerantes), de modo que a altura da planta do reator pode ser reduzida, reduzindo assim o consumo de materiais.

O “SVET-M” está sendo desenvolvido na faixa de potência elétrica de 1 a 50 MW, sendo o projeto para 10 MW o mais desenvolvido. A temperatura do vapor na saída do superaquecedor é 445℃. Devido à alta temperatura, a planta tem alta eficiência. O SVET-M, como o SVBR-100, pode operar com urânio e combustível de urânio-plutônio, tanto óxido como nitreto. O SVET-M está sendo desenvolvido pela Gidropress (parte da Atomenergomash, a divisão de construção de máquinas da Rosatom). Este ano, os engenheiros desenvolveram Este ano, os engenheiros desenvolveram um esboço abreviado do projeto.

SVGT-1

O reator SVGT-1 está sendo desenvolvido pelo Centro Científico Estatal da Federação Russa, IPPE (Instituto de Engenharia Física e de Energia, parte da divisão científica da Rosatom). O nome significa “turbina a gás chumbo-bismuto, 1 megawatt elétrico”. De acordo com a classificação da AIEA, pertence aos microrreatores. Como Anton Verbitsky, líder do Laboratório de Software e Suporte Metodológico e Cálculos e Justificativa Experimental de Segurança de Reatores Rápidos do Centro Estatal de Pesquisa da Federação Russa – IPPE, apontou em uma entrevista ao portal Atominfo.ru, a instalação é uma simbiose de um reator chumbo-bismuto e uma usina de turbinas a gás. Também não há bombas no SVGT-1, a circulação é natural. O reator está atualmente em fase de estudo preliminar, foi elaborado um plano de trabalho para levá-lo ao projeto técnico. Se o plano for aprovado, o projeto técnico pode ser iniciado em três anos. O ciclo de desenvolvimento global levará, de acordo com estimativas preliminares, entre sete e dez anos.

Os projetos de chumbo-bismuto são vistos como promissores por todos os desenvolvedores devido ao crescente interesse em usinas nucleares de baixa potência e à segurança natural do refrigerante.