Embarcações de reatores avançados reforçam normas de segurança nuclear

Imaginem um gigante de aço enterrado no fundo de uma central nuclear, resistindo a uma pressão e radiação inimagináveis enquanto protege a busca da humanidade por energia limpa.Este é o recipiente de pressão do reator (RPV)Este artigo aprofunda este componente crítico, explorando a sua engenharia excepcional, a selecção rigorosa dos materiais e a evolução das tecnologias de segurança..

O recipiente de pressão do reator é um componente vital das usinas nucleares, atuando como uma fortaleza robusta que envolve o líquido de resfriamento do reator, o escudo do núcleo e os conjuntos de combustível.Ao contrário dos reatores RBMK da era soviética, que colocou cada conjunto de combustível em tubos individuais de diâmetro de 8 cm, a maioria das usinas nucleares modernas depende de RPVs para segurança.Enquanto os reatores são tipicamente classificados por tipo de refrigerante em vez da configuração do recipiente, a presença e a concepção do recipiente de pressão têm um impacto directo na segurança e na eficiência de uma instalação.

As classificações comuns de reatores incluem:

• Reatores de água leve:O tipo mais utilizado, incluindo os reatores de água pressurizada (PWR) e os reatores de água fervente (BWR).
• Reatores com moderação por grafite:Um exemplo é o reator RBMK de Chernobyl, com projetos muito diferentes da maioria das usinas nucleares civis do mundo.
• Reatores térmicos a gás:Incluindo reatores avançados refrigerados a gás (AGRs), reatores de reprodução rápida refrigerados a gás e reatores refrigerados a gás de alta temperatura.
• Reatores de água pesada sob pressão (PHWR):Usando água pesada (enriquecida com deutério) como moderador ou refrigerante.
• Reatores refrigerados por metal líquido:Empregar metais fundidos como ligas de sódio ou de chumbo-bismuto para arrefecimento.
• Reatores de sal fundido (MSR):Utilizando sais fundidos à base de flúor como refrigerantes. Operando a altas temperaturas e baixas pressões, os MSR reduzem o estresse nos recipientes do reator.

Entre os principais tipos de reatores que utilizam recipientes sob pressão, os PWRs enfrentam um desafio distinto: a irradiação de nêutrons (ou fluência de nêutrons) durante a operação embrega gradualmente os materiais dos recipientes.Os recipientes BWR “maiores” fornecem melhor blindagem de nêutronsEmbora isto aumente os custos de fabrico, elimina a necessidade de recozimento para prolongar a vida útil.

A fim de prolongar a vida útil dos navios PWR, os fornecedores de serviços nucleares como a Framatome (anteriormente a Areva) e os operadores estão a desenvolver tecnologias de recozimento.processo de alto valor que visa restaurar as propriedades dos materiais degradados por irradiação prolongada.

Apesar das variações de projeto, todos os vasos de pressão PWR compartilham características-chave:

• Corpo do navio:O maior componente, que abriga os conjuntos de combustível, o refrigerante e as estruturas de suporte, tipicamente cilíndrico com uma abertura superior para carga de combustível.
• Cabeça do navio:Fixa na parte superior, contendo penetrações para acionamentos de barras de comando e sondas de nível de líquido de arrefecimento.
• Combustível:Arquivos de barras em forma de grelha que contenham urânio ou misturas de urânio-plutônio.
• Proteção do núcleo:Uma barreira cilíndrica que protege o vaso de nêutrons rápidos, que causam frágil.

Os materiais RPV devem suportar altas temperaturas e pressões, minimizando a corrosão.As conchas dos navios utilizam tipicamente aço ferrítico de baixa liga revestido com 3-10 mm de aço inoxidável austenítico (para áreas de contato com líquido de arrefecimento)Os projetos em evolução incorporaram ligas enriquecidas com níquel como SA-302 B (aço Mo-Mn) e SA-533/SA-508 para melhorar a resistência do rendimento.Estes aços ferríticos Ni-Mo-Mn oferecem elevada condutividade térmica e resistência a choques, mas a sua resposta à radiação continua a ser crítica..

Em 2018, a Rosatom desenvolveu tecnologia de recozimento térmico para mitigar os danos causados pela radiação, estendendo a vida útil do navio em 15-30 anos (demonstrado na Unidade 1 de Balakovo).Ambientes nucleares sujeitam materiais a bombardeio incessante de partículasOs resíduos sólidos, que se acumulam ao longo do tempo, endurecem os materiais e reduzem a ductilidade.Impuridades de cobre (> 0).1 wt%) exacerbam a fragilidade, impulsionando a procura de aços mais "limpos".

A deformação plástica de arrasto sob tensão prolongada intensifica-se a altas temperaturas devido a uma migração mais rápida dos defeitos.Enquanto os íons hidrogênio (da radiólise do refrigerante) induzem a cracagem por corrosão por estresse através de três mecanismos teorizados: redução da coesão, pressão interna ou bolhas de metano.

Novas abordagens visam estabilizar átomos deslocados usando limites de grãos, solutos de grandes dimensões ou dispersões de óxidos (por exemplo, yttria).Melhoria da ductilidade e resistência às rachadurasÉ necessária mais investigação para otimizar as ligas resistentes à radiação.

A partir de 2020, os principais fabricantes de RPV incluem:

• China: China First Heavy Industries, Erzhong, Harbin Electric, Shanghai Electric
• França: Framatome
• Índia: L&T Special Steels (com BARC/NPCIL)
• Japão: Japan Steel Works, IHI Corporation
• Rússia: OMZ-Izhora, ZiO-Podolsk, AEM-Atommash
• Coreia do Sul: Doosan
• Reino Unido: Rolls-Royce (reactores navais)