Os reatores de nêutrons rápidos são um desenvolvimento único dos cientistas russos e do futuro de toda a indústria de energia nuclear

O átomo pacífico é um dos pilares da energia mundial, sem a qual a sociedade moderna é simplesmente impossível. Apesar de todas as vantagens das usinas nucleares existentes, a principal falha foi e continua sendo o descarte do combustível nuclear usado.

Parece que esse problema também será resolvido - graças ao desenvolvimento único na Rússia de um ciclo fechado de combustível nuclear, cuja implementação é possível em reatores nucleares usando nêutrons rápidos.

Qual é o problema da energia nuclear moderna

Portanto, o átomo pacífico tem servido à humanidade por mais de uma dúzia de anos para gerar eletricidade em todo o mundo. Mas existe um problema muito sério. Nem todo o urânio natural é adequado como combustível para reatores nucleares.

O urânio-238 é muito difundido na natureza (92 prótons, 146 nêutrons) e sua participação nas reservas mundiais é de 99,3% do urânio total da Terra. Mas simplesmente não é adequado para reatores nucleares como combustível.

Apenas os 0,7% restantes do suprimento mundial na forma de urânio-235 (92 prótons, 143 nêutrons) podem servir como combustível. Mas mesmo essa parte restante do urânio não pode ser simplesmente retirada e carregada no reator. Deve ser pré-enriquecido e a participação do urânio-235 na massa total do urânio-238 deve ser aumentada em cerca de 700 vezes.

Acontece que, apesar das enormes reservas mundiais, o urânio realmente adequado para combustível será suficiente, segundo cálculos médios, para apenas 50 anos.

Tudo não é tão sombrio quanto parece à primeira vista. O urânio-238 ainda pode ser adaptado para reatores nucleares. É verdade, para isso é necessário converter o urânio-238 em plutônio-239, e esse processo só é possível quando exposto a nêutrons rápidos.

Acontece que essa transformação não é fácil. Afinal, a maioria dos reatores modernos opera com nêutrons "lentos", que são deliberadamente retardados, uma vez que o urânio-235 "não quer se comunicar" com nêutrons rápidos. Mas o urânio-238, ao contrário, não está envolvido no processo de transformação dos nêutrons lentos.

Não é economicamente viável realizar a transformação do urânio-238 em plutônio-239 separadamente. É muito mais eficiente usar para isso os chamados nêutrons extras, que são formados durante a reação de decaimento. Portanto, em reatores modernos, eles são especialmente removidos por meio de absorvedores.

Portanto, precisamos combinar o urânio 238 "lixo" e o urânio 235 "correto" em um só lugar - um reator atômico. E então será possível gerar eletricidade e, especificamente, transformar o urânio-238 "desnecessário" em um novo combustível nuclear para reatores. Mas um pré-requisito para isso é o fato de que ele (o reator) deve operar em nêutrons rápidos.

Mas criar um reator de nêutrons tão rápido e realmente funcional acabou sendo um grande problema para muitos engenheiros. E apenas engenheiros-cientistas russos deram conta da tarefa.

Reatores de nêutrons rápidos, qual é sua característica

Portanto, precisamos de um reator que funcione com urânio-235 e, ao mesmo tempo, precisamos fazê-lo funcionar com nêutrons rápidos. Para que isso seja possível, é necessário aumentar significativamente a densidade do fluxo de nêutrons (para que o urânio-235 fique mais disposto a interagir com nêutrons rápidos).

Isso significa que um combustível mais enriquecido terá de ser usado, enquanto o regime de temperatura e os fluxos de nêutrons serão significativamente mais rígidos - serão necessários materiais mais estáveis.

Além disso, materiais que retardam os nêutrons devem ser evitados. Ou seja, a versão clássica - água - não é adequada neste caso, pois retarda perfeitamente os nêutrons.

É por isso que o mercúrio foi usado como refrigerante nos estágios iniciais de desenvolvimento de reatores rápidos, mas essa opção foi rapidamente abandonada devido à alta toxicidade do metal.

Nos próximos estágios dos experimentos, eles tentaram metais como chumbo, bismuto e sódio.

Os materiais mais promissores encontrados são o sódio e o chumbo. E, no primeiro estágio, os engenheiros soviéticos conseguiram "domar" o sódio.

O primeiro reator de nêutrons rápido comercial e totalmente operacional foi o reator Soviético BN-600. E já em 2015, a Rosatom lançou o reator BN-800 (sódio). Trata-se de um reator único no gênero, que já está adaptado para funcionar com combustível de plutônio com ciclo reprodutivo totalmente fechado.

Qual é a vantagem dos reatores rápidos

Cálculos preliminares mostram que, graças a essa tecnologia, o percentual de combustível nuclear adequado para reatores sobe drasticamente de modestos 0,7% a 30%.

Consequentemente, as reservas efetivas de combustível aumentarão cerca de 43 vezes, o que significa que devem ser suficientes não por cerca de 50 anos, mas por mais de dois milênios. Acho que há uma diferença mesmo com um cálculo muito aproximado.

Além disso, esses reatores são capazes de funcionar totalmente com combustível nuclear gasto de "lento" reatores, que promete uma solução para a maior dor de cabeça dos ambientalistas - como descartar o nuclear gasto combustível.

Além disso, esses reatores são muito mais seguros. Afinal, eles usam sódio em vez de água aquecida sob alta pressão. O sódio se torna líquido a 100 graus Celsius e só vai para o estágio de fervura a 900 graus.

Vamos lembrar como funciona o sistema de resfriamento em reatores nucleares "convencionais". Lá, a água sob enorme pressão age como um refrigerante. Obviamente, a alta pressão é um alto risco de despressurização e acidente.

Não existem tais problemas com o sódio. Como o ponto de ebulição é alto, ele pode ser mantido na pressão normal, o que significa que não há chance de rompimento e acidente.

Mesmo no caso de uma situação anormal, a reatividade do sódio também atuará a favor da segurança. Ao interagir com o oxigênio e o vapor de umidade na atmosfera, o sódio será ligado a uma substância química persistente compostos que ficarão no território da emissora, e não se espalharão pelo bairro, espalhando radioativos poluição.

A Rússia está à frente do resto

Apesar das inúmeras tentativas de vários países, apenas a Rússia, e em particular a Rosatom, tem uma versão comercial completa de um reator de nêutrons rápido.

Na verdade, mesmo os franceses (com seu promissor desenvolvimento do "reator Phoenix") não conseguiram lidar com o problema da operação periódica dos sistemas de proteção e pararam o projeto em 2010.

Os japoneses também testaram sua própria versão - o reator Monju, mas após uma série de acidentes decidiram desmontá-lo.

Os índios também queriam criar seu próprio reator de nêutrons rápido, mas nada aconteceu.

Na Rússia, a tecnologia está se desenvolvendo sem problemas e os trabalhos já estão em andamento no projeto do reator rápido BN-1200, no qual o chumbo derretido é usado como refrigerante. De acordo com o plano, estará totalmente operacional em 2030.

Acontece que a Rússia é o único país que pode realmente produzir energia nuclear eficiente e verdadeiramente seguro devido a um design único - um reator de nêutrons rápido.