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Estude um dos primeiros a abordar a produção de lixo nuclear de pequenos reatores modulares.
A energia nuclear é um componente-chave para descarbonizar nossa economia, mas grandes reatores nucleares costumam ser complicados e caros de construir. Para tornar a energia nuclear mais disponível e atraente, os desenvolvedores apresentaram vários projetos de pequenos reatores modulares (SMRs) que têm maior flexibilidade e oferecem custos iniciais mais baixos. Diferentes tipos de SMRs com recursos avançados de projeto de reator estão atualmente em desenvolvimento nos Estados Unidos e no mundo.
Os pesquisadores acreditam que os SMRs podem ser implantados em várias escalas para geração de eletricidade distribuída localmente. Os SMRs têm aproximadamente um décimo a um terço da potência de grandes reatores de água leve, que são o tipo mais comum de reator nuclear em operação comercial nos Estados Unidos. As tecnologias e economia dos SMRs foram amplamente estudadas; no entanto, há menos informações sobre suas implicações para o lixo nuclear. “Realmente apenas começamos a estudar os atributos dos resíduos nucleares dos SMRs”, disse o engenheiro nuclear sênior Taek Kyum Kim, do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE).
Kim e seus colegas do Argonne and DOE’s Idaho National Laboratory publicaram recentemente um relatório que tenta medir os potenciais atributos de resíduos nucleares de três diferentes tecnologias SMR usando métricas desenvolvidas por meio de um extenso processo durante uma avaliação abrangente dos ciclos de combustível nuclear publicada em 2014. Embora Os SMRs ainda não estão em operação comercial, várias empresas colaboraram com o DOE para explorar diferentes possibilidades de SMRs, e os três projetos estudados no relatório estão programados para serem construídos e operacionais até o final da década.
Um tipo de SMR, chamado VOYGR e em desenvolvimento pela NuScale Power, é baseado em um projeto de reator de água pressurizada convencional atual, mas reduzido e modularizado. Outro tipo, chamado Natrium e em desenvolvimento pela TerraPower, é refrigerado a sódio e funciona com um combustível metálico. Um terceiro tipo, chamado Xe-100 e desenvolvido pela X-energy, é resfriado por gás hélio.
Em termos de resíduos nucleares, cada reator oferece vantagens e desvantagens em relação aos grandes LWRs, disse Kim. “Não é correto dizer que, por serem menores, esses reatores terão mais problemas proporcionalmente com o lixo nuclear, apenas porque têm mais área de superfície em comparação com o volume do núcleo”, disse ele. “Cada reator tem vantagens e desvantagens que dependem da queima de descarga, do enriquecimento de urânio, da eficiência térmica e de outras características específicas do projeto do reator.”
Um fator notável que influencia a quantidade de lixo nuclear produzido por um reator é chamado de queima, e se refere à quantidade de energia térmica produzida a partir de uma certa quantidade de combustível. Os reatores Natrium e Xe-100 têm queima significativamente maior do que os LWRs, disse Kim. Uma maior queima está correlacionada com menor produção de lixo nuclear porque o combustível é convertido de forma mais eficiente em energia. Esses projetos também têm maior eficiência térmica, que se refere à eficiência com que o calor produzido pelo reator é convertido em eletricidade. O projeto do reator de água pressurizada VOYGR, devido em parte ao seu tamanho pequeno, tem queima e eficiência térmica ligeiramente menores em comparação com um reator de água pressurizada maior.
Os atributos do combustível irradiado variam um pouco entre os projetos, com o VOYGR sendo semelhante aos LWRs, o Natrium produzindo um resíduo mais concentrado com diferentes isótopos de vida longa e o Xe-100 produzindo uma densidade menor, mas um volume maior de combustível irradiado.
“No total, quando se trata de lixo nuclear, os SMRs são aproximadamente comparáveis aos reatores convencionais de água pressurizada, com potenciais benefícios e fraquezas, dependendo de quais aspectos você está tentando projetar”, disse Kim. “No geral, parece não haver grandes desafios adicionais para o gerenciamento de resíduos nucleares SMR em comparação com os grandes resíduos LWR em escala comercial.”
O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Escritório de Energia Nuclear do DOE por meio da Campanha de Análise e Integração de Sistemas.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por DOE/Laboratório Nacional de Argonne. Original escrito por Jared Sagoff. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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