A experiência com o sódio (Na)

Assim como os LFRs, os reatores rápidos refrigerados a sódio (SFR) possuem uma longa história com vários projetos em diversos países do mundo e também experiência adquirida, em termos de instalação, operação e manutenção. Especialmente nas décadas de 60 e 70, projetos experimentais do SFR foram desenvolvidos em países, como nos EUA, onde houve experiência com o FERMI-1, EBR-II, The Fast Flux Test Facility (FFTF), na extinta URSS, onde desenvolveram-se os BR-5/BR-10, BOR-60. Na Europa, o Reino Unido desenvolveu o DFR

(Dounrey Fast Reactor), na França o Rapsodie, na Alemanha o KNK-II. Também há o Japão

com o Joyo (PIORO et al., 2016) .

Assim como os demais reatores do tipo HML os SFRs também foram preteridos pelos convencionais LWRs, especialmente pelo grande sucesso comercial desses reatores, que possuem menor custo e facilidade de operação. Um outro fator importante desse sucesso é que, até o início da década de 80, não havia tanta preocupação com as reservas mundiais de urânio. Então, mesmo com a baixíssima eficiência dos LWRs na queima do combustível, esses ainda tiveram ampla adesão em termos mundiais. Em meados da década de 90, com a preocupação crescente com o aquecimento global, a energia nuclear passou a chamar a atenção novamente das autoridades por fornecer energia com baixa emissão de gases poluentes. Isso fez com que projetos de SFRs abandonados fossem reativados.

Ohshima e Kubo (2016) relatam que a partir dos anos 2000, países como França, Rússia, China, Índia, Coreia e Japão realizaram planos para desenvolvimento de reatores refrigerados a sódio, com enfoque em eficiência e segurança. Cita-se como exemplo o projeto Russo com o reator BN-600 e a construção do BN-800, cuja criticalidade foi atingida pela primeira vez no ano de 2014. Ainda há o BN-1200 que está em fase de desenvolvimento e deverá compor o hall de reatores da próxima geração. Segundo Ohshima e Kubo, a China também tem feito investimentos massivos no desenvolvimento de reatores SFR, sendo que no ano de 2011 um reator deste tipo foi conectado à rede elétrica desse país. Um protótipo, CFR-600, assim como um modelo comercial, CFR-1000, estão em fase de planejamento. Na Índia, está sendo desenvolvido o protótipo PFBR (Prototype Fast Breeder Reactor) (OHSHIMA; KUBO, 2016).

Na França o projeto ASTRID (Advanced Sodium Techological Reactor for Industrial

Demonstration) (OHSHIMA; KUBO, 2016); no Japão e na Coreia está em fase de

desenvolvimento o PGSFR (Prototype Gen IV Sodium-cooled Fast Reactor) (OHSHIMA; KUBO, 2016), sendo que o Japão conta ainda com o JSFR (Japanese Sodium-cooled Fast

Reactor) (OHSHIMA; KUBO, 2016). Por fim, nos EUA, está em desenvolvimento o modular

SFR, o PRISM e o TWR-P (Travelling Wave Reactor-Prototype) (PIORO et al., 2016). A

Tabela 2-5 contém SFRs já desenvolvidos, ativados ou desativados, no mundo de dois tipos

diferentes, piscina (pool) e circulação (loop), características que serão discutidas mais adiante.

Tabela 2-5: SFRs do tipo Pool e Loop no mundo

Pool Loop

EUA EBR-II EBR-I, Fermi, SEFOR, CRBR, FFTF

Reino Unido PFR DFR

França Phenix, Super-Phenix Rapsodie

Alemanha KNK-II, SNR-300

Rússia BN-600, BN-800 BOR-60, BN-350

Índia PFBR FBTR

China CEFR

Japão Joyo, Monju

Fonte: (OHSHIMA; KUBO, 2016)

Reatores refrigerados a sódio trabalham no espectro neutrônico de alta energia (nêutrons rápidos), podem possuir ciclo de combustível aberto ou fechado e geralmente trabalha-se com o ciclo do 238U/Pu, podendo atuar como regeneradores ou incineradores. O sódio apresenta boas características em relação à economia de nêutrons do reator devido a sua baixa seção de choque de captura para nêutrons rápidos. Isso permite aos projetistas trabalhar com maior flexibilidade em termos de geometria e configuração do núcleo. Por outro lado, a alta radioatividade dos SFRs promove a ativação de isótopos como o 24Na, com meia vida de 15 horas, e o 22Na, com meia vida de ~2,5 anos. Esses elementos decaem por emissão de radiação gama, aumentando o risco para meio ambiente e operadores.

Como já discutido anteriormente, o sódio possui excelentes características térmicas para ser utilizado como refrigerante. A grande diferença entre o ponto de fusão (~98°C) e o ponto de ebulição (~881°C) permite uma ampla faixa de operação, sendo que geralmente a temperatura de trabalho desses reatores fica em torno de aproximadamente 500°C. A elevada condutividade térmica do sódio, assim como a baixa densidade, fazem com que os SFRs tenham

uma otimização em termos de espaço, promovendo uma alta densidade energética, ou uma elevada potência volumétrica. Essas propriedades térmicas ainda permitem que a circulação do sódio seja feita com baixa pressurização, facilitando o projeto de reatores compactos. Bombas no circuito primário podem ser mecânicas ou eletromagnéticas e por questões de segurança sempre possuem redundância.

Dentre as vantagens dos sistemas SFR em relação a um LWR comum, pode-se citar que um reator refrigerado a sódio é capaz de gerar 50 vezes mais energia, pelo fato de possuir maior eficiência termodinâmica, além de maior eficiência de queima do 238U. Ohshima e Kubo (2016) destacam que a utilização de SFRs poderia aumentar a disponibilidade das reservas de urânio em milhares de anos. Ainda segundo eles, o sistema atual de energia nuclear suporta claramente a introdução desses dispositivos, pois há combustível reprocessado suficiente de reatores LWR para ser utilizado. Outra vantagem é que os mesmos reduzem os rejeitos radioativos queimando actinídeos de alta atividade e meia vida, além de fazer uso mais eficiente do urânio. Ohshima diz que reatores a sódio são excelentes no aproveitamento de actinídeos menores para geração de energia em função da boa economia de nêutrons que os mesmos possuem (OHSHIMA; KUBO, 2016).

Numa perspectiva de curto prazo, os SFRs são reatores promissores de serem utilizados como Gen IV, previstos para entrar em operação a partir de 2030. Muitos testes, simulações e desenvolvimento de soluções tecnológicas ainda carecem de ser estudados e/ou implementados. O desenvolvimento do MYRRHA vem justamente ao encontro com essas perspectivas, cuja finalidade é adquirir conhecimento tecnológico de materiais, combustível, operação, para que possa servir de base na aplicação e desenvolvimento dos Gen IV, lembrando que o MYRRHA irá usar como refrigerante o LBE.