Simulação térmica da reação magnesiotérmica de redução de urânio metálico

Abstract

A produção de urânio metálico é fundamental para produção de elementos combustíveis que alimentam reatores nucleares e que fabricam de radioisótopos e radiofármacos. Urânio metálico é obtido via redução magnesiotérmica do UF4. Essa reação é realizada em um cadinho fechado de grafite inserido em um reator metálico devidamente vedado e sem contato com o meio exterior. O conjunto é aquecido gradualmente em um forno poço, até que se atinja a temperatura de ignição da reação (entre 600-650ºC). A otimização do sistema reativo depende de modelamento matemático utilizando simulação por elementos finitos e cálculos computacionais com programas especializados. Permite-se, assim, prever o comportamento de aquecimento dos reagentes até a temperatura de ignição. A otimização da reação de produção de urânio é feita com base na minimização das perdas térmicas utilizando melhor o calor da reação exotérmica. Quanto menor perda térmica, maior quantidade de calor é gasta para elevar a temperatura dos produtos de reação, promovendo assim uma liquefação adequada de urânio e da escória e assim permitindo uma melhor separação metal/escória com rendimento metálico otimizado. Esse trabalho mostra os princípios sobre os quais essa simulação matemática é realizada e fornece alguns resultados preliminares.