Novo Combustível Transforma Reator Nuclear dos EUA de Regular para Premium
As novas barras enriquecidas sendo instaladas no reator Departamento de Energia dos EUA
Um reator nuclear dos EUA deu um grande passo tecnológico ao adotar um tipo de combustível mais avançado. A Southern Nuclear inseriu quatro Conjuntos de Teste de Chumbo (LTAs) no reator Vogtle Unit 2 em Waynesboro, Geórgia. Esses conjuntos utilizam urânio enriquecido acima de 5% — uma inovação em reatores comerciais nos Estados Unidos.
Em geral, as pessoas costumam ver o combustível nuclear como um conceito simples: o reator precisa de combustível, você o coloca e pronto. Mas o processo é muito mais complexo — especialmente quando comparado à queima de carvão. O combustível nuclear requer não apenas refino, mas também enriquecimento. Em outras palavras, precisamos aumentar a proporção de urânio-235 (U-235) físsil em relação ao urânio-238 (U-238), que não é físsil.
Por que Enriquecer Urânio?
O urânio natural contém apenas cerca de 0,7% de U-235, o que é muito baixo para a maioria dos reatores modernos. Para sustentar uma reação em cadeia, precisamos aumentar a concentração para cerca de 3% a 5%, produzindo o que é conhecido como Urânio Pouco Enriquecido (LEU).
Pellets de combustível ADOPT prontos para montagem Departamento de Energia dos EUA
A física do ensino médio ensina esse tipo de conhecimento. No entanto, nem todos percebem que diferentes reatores requerem diferentes níveis de enriquecimento para resultados diferentes.
Por exemplo, submarinos nucleares operam com urânio altamente enriquecido (UHE), que varia de 20% a 93% de U-235 — cujo limite superior é classificado como de grau militar. Esse nível de enriquecimento permite que os reatores forneçam enormes quantidades de energia. Por exemplo, o porta-aviões USS Enterprise era tão potente que emitiram ordens para nunca operá-lo em potência máxima.
Outro benefício do alto enriquecimento é a longevidade. Alguns submarinos nunca precisam ser reabastecidos durante toda a sua vida útil. Na verdade, os submarinos nucleares modernos não são projetados para reabastecimento — para isso, seria necessário abrir o recipiente. Esse tipo de combustível também permite reatores compactos e eficientes, que sofrem menos danos térmicos e de radiação em comparação com reatores comerciais.
Reatores Comerciais Recebem um Aumento de Potência
A Southern Nuclear, em parceria com a Westinghouse Electric Company, não está indo tão longe — mas está dando um passo notável. O objetivo é ajudar os projetos de próxima geração a avançar em reatores convencionais usando HALEU (Urânio de Baixo Enriquecimento e Alto Ensaio), que varia de 5% a 20% de enriquecimento.
Até recentemente, pesquisadores utilizavam o HALEU apenas em reatores de pesquisa ou em projetos avançados envolvendo tecnologias como sal fundido. Desenvolvido no âmbito do Programa de Combustível Tolerante a Acidentes do Departamento de Energia dos EUA, este teste comercial explora a possibilidade de queimar combustível enriquecido em reatores convencionais para aumentar o desempenho, prolongar a vida útil do combustível e reduzir o desperdício.
Os pellets ADOPT foram fabricados na unidade de Springfield, na Inglaterra Departamento de Energia dos EUA
Isso é mais do que apenas adicionar mais U-235. Um enriquecimento mais alto requer uma nova receita de combustível. Os fabricantes normalmente usam pastilhas de cerâmica de urânio para LEU, enquanto produzem combustíveis de alto enriquecimento a partir de ligas de urânio-zircônio ou urânio-alumínio.
Eles também incluem “venenos inflamáveis” — elementos como boro-10 e gadolínio-157 — que absorvem nêutrons e regulam a reação. No início do ciclo do combustível, esses venenos suprimem a reação e, com o tempo, queimam, permitindo que o combustível mantenha uma produção estável.
ADOPT: O Combustível Experimental
A Westinghouse desenvolveu o combustível experimental usado neste teste e o denominou ADOPT. Este dióxido de urânio enriquecido (UO₂), dopado com crômio (Cr₂O₃) e alumina (Al₂O₃), aumenta a densidade do urânio, melhora a transferência de calor e minimiza a liberação de gás da fissão que poderia danificar o combustível. Também reduz o risco de falha do revestimento metálico das barras de combustível.
De acordo com a Westinghouse, uma variante conhecida como LEU+ ADOPT pode suportar níveis de enriquecimento de até 8%, melhorando significativamente o desempenho de reatores convencionais e reduzindo a necessidade de reabastecimento frequente. “A unidade de Springfields da Westinghouse, no Reino Unido, fabricou as pastilhas ADOPT usando pó de urânio fornecido pelo Laboratório Nacional de Idaho. A equipe então inseriu os quatro conjuntos de combustível resultantes na usina de energia da Unidade 2 de Vogtle, onde agora os monitorará de perto ao longo de vários ciclos do reator.
Essa conquista é um avanço significativo não apenas para a resiliência da frota de reatores dos EUA, mas para o futuro da energia nuclear”, disse Pete Sena, presidente do conselho, presidente e CEO da Southern Nuclear. “Nosso objetivo é operar nossos reatores por mais tempo e com mais eficiência. O combustível mais enriquecido nos equipa para atender melhor às crescentes necessidades energéticas da Geórgia.
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