Uma nova forma de resfriamento e contendo a massa radioativa, semelhante à lava que se forma no núcleo de um reator nuclear durante uma fusão catastrófica foi desenvolvida por pesquisadores nos EUA. A técnica envolve o uso de materiais de carbonato granular em vez de água e tem sido demonstrada tanto em bancos de ensaio pequenos como em grande escala usando óxido de chumbo fundido. Os desenvolvedores estão agora trabalhando para uma aplicação comercial do sistema.
Quando uma usina nuclear sofre um derretimento catastrófico, uma mistura de combustível nuclear semelhante à lava radioativa, barras de controle, produtos de fissão e os componentes estruturais do reator podem se formar. Dito “cório”, essa massa fundida é extremamente perigosa e tem o potencial de se mover.
“Durante um grave acidente com um reator, o vaso que continha o combustível derrete e se rompe”, explica o engenheiro dos Laboratórios Nacionais Sandia, David Louie. “Então todo esse material cai no piso de contenção e começa a se espalhar”.
Explosão de hidrogênio
Meltdown pode aumentar a liberação de material radioativo no ambiente circundante de duas maneiras, a primeira das quais é o potencial do cório de derreter através do piso do edifício do reator e infiltrar-se no solo subjacente. A massa fundida também pode reagir quimicamente com os materiais circundantes, como o concreto, para criar gás hidrogênio que pode se acumular e causar uma explosão.
A técnica padrão para lidar com o cório é tentar resfriá-lo com água. No entanto, essa abordagem normalmente funciona muito lentamente, permitindo que o desastre continue evoluindo e deixando os contaminantes radioativos escapar para a área ao redor.
“Eventualmente o cório deixa de se espalhar porque a água vai esfriá-lo”, disse Louie. “Mas você não quer que o acidente piore cada vez mais enquanto você trabalha para trazer água. A água também fornece uma fonte de hidrogênio explosivo”
Procurando um método melhor para resfriar e conter o cório, Louie e colegas voltados para minerais carbonato granular como calcita e dolomita, que dizem que poderiam ser injetados no coração dos reatores em caso de derretimento.
Teste em pequena escala
Com início com um teste em pequena escala, a equipe aqueceu algumas gramas de pó de óxido de chumbo a 1000 °C para criar um material fundido similar ao cório. Eles então combinaram isso com uma amostra de calcita granular e, para comparação, grãos de dióxido de silício (areia).
“Nós vimos que os minerais carbonato injetáveis funcionam”, disse Louie. “Ele reagiu quimicamente para produzir muito dióxido de carbono, que ‘fermentou’ o óxido de chumbo em uma bela estrutura parecida com um bolo”. A reação em si teve um efeito de resfriamento, e todos os poros do ‘bolo’ permitem um maior resfriamento”. Em contraste, a areia usada como amostra de controle não teve efeito sobre o cório simulado.
Uma experiência de acompanhamento, realizada em escala de quilogramas, também mostrou que grânulos de carbonato podiam ser aplicados com sucesso para conter o material fundido. Os pesquisadores também incorporaram seus materiais de segurança injetáveis no software de modelagem de fusão do reator Sandia para examinar como os carbonatos granulados poderiam afetar um desastre nuclear do mundo real – como o que ocorreu na usina elétrica japonesa Fukushima Daiichi em 2011.
“Embora existam muitas maneiras de tornar a energia nuclear mais segura, soluções como reatores de ondas viajantes e reatores de sal fundido muitas vezes envolvem infraestrutura completamente nova, que pode levar décadas para ser desenvolvida”, diz o físico Lawrie Skinner da Universidade de Stanford, que não estava envolvido no presente estudo. Ele acrescenta, “Este método de injeção de carbonato oferece uma maneira simples de tornar a tecnologia atual de reatores mais segura”
Necessidade de demonstrações maiores
“Embora ainda precise ser demonstrado experimentalmente em escalas maiores e com materiais que combinem de perto com os derretimentos nucleares, será emocionante ver como esses métodos de injeção de carbonato funcionam”
Oliver Alderman of Materials Development Inc. estudou anteriormente a lava de cório e chama a nova pesquisa de “um conceito muito bonito”. “Eu me pergunto sobre o efeito da temperatura do cório – o cório pode ser muito mais quente que o óxido de chumbo fundido usado – e também sobre as reações exotérmicas secundárias que podem ocorrer”, ele adverte.
Ele acrescenta, “Outro ponto interessante a considerar é que a condutividade térmica do material ‘bolo’ provavelmente será muito baixa, e isso pode ser uma vantagem, ou desvantagem, dependendo do projeto do reator”.
Com seu estudo inicial completo, os pesquisadores agora têm uma patente não-provisional em andamento para os materiais de segurança injetáveis e também estão procurando realizar testes ainda em maior escala, mas com a incorporação de urânio empobrecido.
“Depois disso, estaríamos prontos para comercializar a tecnologia”, disse Louie, acrescentando que os materiais de contenção de carbonato “poderiam ser adaptados em qualquer projeto de reator nuclear existente”.
Os Laboratórios Nacionais da Sandia estão chamando para manifestações de interesse de outros grupos de pesquisa e organizações interessadas em estabelecer parcerias em trabalhos futuros nesta abordagem de contenção de cório.