I – INTRODUÇÃO: POR QUE USAR CENTRAIS NUCLEARES?

II – O PROCESSO DE FISSÃO NUCLEAR

III – OS REATORES NUCLEARES

IV – ACIDENTES IMPORTANTES

THRE MILE ISLAND

CHERNOBYL

FUKUSHIMA

GOIÂNIA

VI – O FUTURO

Aspectos de Segurança Nuclear e radiológica: reatores e acidentes

15a aula

I Introdução - Por que usar centrais nucleares?

-Sistema gera energia elétrica sem descarregar para a natureza CO2, NOx, etc.

-demanda de energia: aumento de 50% em 2030

aumento de 100% em 2050

Panorama da Energia Nuclear no Mundo

Existem 437 reatores comerciais em operação em 30 países com capacidade instalada de 370.187 MW (2010)

i- DISTRIBUIÇÃO POR PAISES

ii- Reatores em Construção 46, com 50.855 MW

China 20

Russia 9

Coréa do Sul 6

India 5

Ucrânia 2

EUA 1

França 1

Japão 1

Brasil 1

REATORES NUCLEARES EM

CONSTRUÇÃO, 46; 55.855 MW

China

Russia

Corea do Sul

India

Ucrânia

EUA

França

Japão

Brasil

IEA 2009

iii - Países que mais dependem da Energia Nuclear (%)

França 76,2

Belgica 54,8

Ucrânia 47,4

Suécia 42

Eslovênia 41,7

Japão 19,7

Espanha 18,3

Berasil 3,6

Paises que mais dependem da Energia

Nuclear (%)

França

Belgica

Ucrânia

Suécia

Eslovênia

Japão

Espanha

Berasil

IEA 2009

iv - Tipos de reatores instalados

PWR 264 61%

BWR 92 10%

PHWR 44 10%

GCR 18 4%

LWGR 16 4%

FBR 2 0%*

* EM COMISSIONAMENTO

tIPOS DE REATORES INSTALADOS

PWR

BWR

PHWR

GCR

LWGR

FBR

IEA 2009

II – O PROCESSO DE FISSÃO NUCLEAR

Consiste na divisão de um núcleo de elemento físsil por um nêutron térmico, gerando grande quantidade de energia, da ordem de 200

MeV, e mais outros 3 nêutrons em média.

Energia liberada na fissão de 1Kg de

U 235

20000t TNT

2500t carvão

Nêutrons Térmicos: 235U, 239Pu, 233U

Rápidos: 238U, 232Th

III – OS REATORES NUCLEARES •A física dos reatores estuda os fenômenos relacionados com o comportamento dos nêutrons em um conjunto de meios especiais.

•Essencialmente aqueles ligados a manutenção de uma população estável ou controlada de nêutrons, quando as condições de equilíbrio são modificadas.

Sistema genérico de potência nuclear (PWR)

III.1 Classificação dos reatores: Dependendo dos matérias de construção, das formas de emprego, da finalidade e utilização, da potência que se deseja extrair , os reatores podem ser classificados em:

A – Energia do nêutron 1. Rápido 2. Intermediário 3. Térmicos

B – Propósito 1. Pesquisa e desenvolvimento 2. Produção de Mat. Físsil 3. Gerador de potência

C – Combustível 1. Urânio natural 2. Urânio enriquecido 3. 239Pu 4. 233U

D – Geometria do Combustível 1. Heterogêneo 2. Homogêneo

E – Estado do combustível 1. Sólido 2. Líquido

F – Consumo do combustível

1. Queimador (Burner)

2. Conversor

3. Regenerador (breeder)

ANGRA 1

ANGRA 2

Os reatores são seguros?

1. Pastilhas cerâmicas que só fundem a 2400°C e mantêm os produtos de fissão confinados no seu interior.

V – ACIDENTES IMPORTANTES

2. Revestimento do combustível por tubos de zircaloy

3. Vaso de pressão do reator em aço com 20 cm em Angra 1 e 25 em Angra 2.

4. Blindagem radiológica de concreto.

5. Vaso de contenção de aço com 3 cm de espessura.

6. Edifício de contenção de concreto reforçado com 70 cm de espessura

THRE MILE ISLAND

28 DE MARÇO DE 1979 –mau funcionamento no circuito refrigerador

TMI 1 e 2, reator tipo PWR, 900MW

Continua sendo uma das melhores unidades em funcionamento nos EUA

CHERNOBYL ESTRUTURA DA USINA DE CHERNOBYL

BWR 1º reator – 1977 2º reator – 1978 3º reator – 1981 4º reator – 1983

1 GW de energia elétrica e

3,2 GW de energia térmica.

Características do reator: •Reator tipo Boiling Water Reactor – BWR (RBMK: denominação Russa) •Moderador: grafite (não precisa usar urânio enriquecido, geram plutônio em grande quantidade) •Refrigerante: água •Circuito simples •Potência 1000MW

26 de abril de 1986 .

Parada para manutenção periódica, testes na parte elétrica.

Sistema automático de segurança desligado.

Por que Chernobyl explodiu?

1- Os reatores RMBK utilizados em Chernobyl tinham, além do problema da insegurança inerente devido ao uso de grafite como moderador, um segundo problema que era a instabilidade em baixa potência. Ou seja, quando em baixa potência, os reatores tendiam a apagar.

2 - Isso por si só não é problema (o máximo que pode acontecer é a usina parar), porém a instabilidade estimulou os operadores a remover algumas barras de absorção de nêutrons a mais, inclusive algumas que NUNCA ERAM REMOVIDAS na operação normaL

3 - Os operadores reduziram a potência do reator para fazer um teste de segurança, o que é irônico, pois foi o que fez o reator explodir, conforme veremos.

4 - Em seguida, foi simulada uma falha no sistema refrigeração do núcleo. Isso fez com que a água no interior do núcleo começasse a gerar bolhas de vapor. Com menos água no núcleo, diminuiu a absorção de nêutrons, e a reação nuclear começou a acelerar novamente.

5- O mecanismo de reinserção automática de barras absorvedoras tinha sido desligado por conta do teste; se isso não tivesse sido feito, o reator teria parado a si mesmo automaticamente e nenhum acidente teria acontecido.

6 - Devido a quase total ausência de barras absorvedoras, a reação nuclear começou a aumentar muito rapidamente. O operador chegou a detectar o problema, e ordenou a reinserção das barras.

7 - Infelizmente, por um outro infortúnio, as barras nesse reator são inseridas de cima para baixo, e não de baixo para cima como a maioria dos projetos exige hoje. Isso fez com que o pouco de água no estado liquido existente no reator fosse empurrada para fora pela pressão do vapor.

8 - A velocidade de inserção das barras era muito lenta nesse modelo de reator; a água saiu e as barras demoraram muito para percorrer os 70 metros de altura do reator. reação em cadeia continuou acelerando, e teve tempo de atingir 100 vezes a potência máxima recomendada. Isso fundiu o combustível, que entrou em contato com a água, ocasionando a explosão.

O presidente da Ucrânia, Leonid Kuchma, fez um discurso pela televisão anunciando o fechamento. Logo depois, ele deu a ordem para que um engenheiro pressionasse o botão que desligou o reator número 3, o último que continuava operando na usina.

A usina de Chernobyl foi oficialmente fechada 14 anos depois da explosão do reator

O ex-diretor da usina, Viktor Bryukhanov, ficou dez anos preso por negligência e afirma que o mundo ainda não entendeu qual a direção que deve tomar no caminho por alternativas energéticas, mesmo após o que aconteceu em Chernobyl

FUKUSHIMA

Vi – O FUTURO

Um novo enfoque deve ser adotado no projeto de novos reatores:

1- Ciclo de combustível que minimize rejeitos e, o desenvolvimento de uma infraestrutura para suportar tais mudanças

2- Desenvolvimento de sistemas em termos de sustentabilidade

3 – A próxima geração de reatores se baseia nas seguintes classes:

-gas-cooled

-water-cooled

-Fast-spectrum

Gas-cooled

• Tipo: “pebble-bed”

• Desenvolvido por equipes da China África do Sul e U.S.A.

• Protótipo: 2006 África do Sul

• Refrigerante: He ou CO2

• Eficiência: 40% maior que os reatores de água leve

• Potência de 120 MW

• Temperatura do gás: 900 0C

water-cooled

•Tipo: International Reactor Innovative and Secure (IRES) Westinghouse Electric

•Refrigerante: água leve

•Simplificação da planta: circuito primário inserido no vaso de pressão

•Operação em altas temperaturas(374 0C) e pressões (221 atm)

•Operação acima do ponto crítico da água

•Potência: 100 – 350 MW

•Eficiência 45% maior em relação aos reatores PWR

Fast-spectrum

•Tipo Fast: Fast Breeder

•Desenvolvimento: França, Japão, Rússia Coréia do Sul, entre outros

•Refrigerante: sódio líquido

•Regeneram e produzem seu próprio combustível

•Eficiência de 38 – 45% mais eficiente que os reatores a água leve.

•Potência: 500 MW (?)

Vii – Conclusão

•Não podemos depender de um único tipo solução energética – as várias possibilidades devem ser complementares, considerando a relação custo benefício •Particularmente a opção nuclear é importante e deve ser discutida dentro da matriz energética de uma nação •Conhecimento!!!!!!!!!!! •Investimento em pesquisa tecnológica – minimização de riscos