Concepção de núcleo de reator de sal fundido de tório para propulsão naval

Abstract

O reator de sal fundido faz parte da quarta geração de reatores nucleares e tem sido objeto de várias pesquisas contemporâneas. Ele opera a altas temperaturas e a baixa pressão, possui um refrigerante primário que não muda de fase, além de possuir segurança intrínseca e dimensões reduzidas. Com foco nestes quesitos, este reator pode ser utilizado em embarcações de comércio marítimo, com requisito de não ser necessário o reabastecimento durante a vida útil do navio. Esta tese propõe uma concepção de núcleo de um reator de sal fundido a ser empregado na propulsão naval. Baseado no conceito do Radkowsky Thorium Reactor, que estabelece região de blanket e de seed para componentes de um elemento combustível a ser empregado em um reator de água leve, propôs-se a utilização desse conceito em um núcleo de grafite no reator de sal fundido. O bloco de grafite possui uma matriz de orifícios circulares, consistindo de orifícios centrais com diâmetro menor, denominado de seed, e outros que se localizam ao redor destes, contornando-os, com diâmetro maior, o blanket. Foi utilizado sal combustível com F, Li, Be, Th e 233U, no qual o elemento físsil possui maior probabilidade de fissionar na região central (seed), que gera nêutrons que transmutam o material fértil em físsil na região periférica (blanket). Simularam-se diversas configurações mantendo o combustível líquido igual em todo o circuito primário. Procurou-se obter uma estrutura do núcleo que maximize o fator de conversão, a fim de regenerar o combustível nuclear e prolongar o tempo de vida de operação do reator. Outros fatores também foram analisados, como a distribuição espacial do fluxo e da taxa de fissão, o fluxo por unidade de letargia e parâmetros da queima do combustível. Uma estrutura de núcleo foi obtida e analisada em relação ao desligamento por barras de controle e de segurança manufaturadas com carbeto de boro. Conclui-se que o combustível exaurido pode ser utilizado em outra configuração de núcleo com a área de seed maior, com a finalidade de prolongar a operação atendendo ao objetivo proposto inicialmente.