Na Rússia, o trabalho está em andamento para criar um reator nuclear revolucionário pertencente à quarta geração. Estamos falando do reator BREST, no qual trabalham atualmente empresas que fazem parte da estatal Rosatom. Este promissor reator está sendo construído como parte do projeto Breakthrough. BREST é um projeto de reatores de nêutrons rápidos com um refrigerante de chumbo, uma transferência de calor de circuito duplo para a turbina, bem como parâmetros de vapor supercríticos. O projeto vem sendo desenvolvido em nosso país desde o final da década de 1980. O principal desenvolvedor deste reator é o NIKIET em homenagem a N. A. Dollezhal (Instituto de Pesquisa e Design de Engenharia de Energia).
Hoje, as usinas nucleares fornecem à Rússia 18% da eletricidade que ela gera. A energia nuclear é muito importante na parte europeia do nosso país, especialmente no noroeste, onde responde por 42% da geração de eletricidade. Atualmente, existem 10 usinas nucleares operando na Rússia, que operam 34 unidades de energia. A maioria deles usa urânio pouco enriquecido como combustível com um conteúdo do isótopo urânio-235 no nível de 2-5%. Ao mesmo tempo, o combustível da usina nuclear não é totalmente consumido, o que leva à formação de rejeitos radioativos.
A Rússia já acumulou 18 mil toneladas de urânio gasto e a cada ano esse número aumenta em 670 toneladas. No total, existem 345 mil toneladas desse resíduo no mundo, das quais 110 mil toneladas estão nos Estados Unidos. O problema com o processamento desses resíduos poderia ser resolvido por um novo tipo de reator, que operaria em ciclo fechado. A criação de tal reator ajudaria a lidar com o vazamento de tecnologia nuclear militar. Esses reatores poderiam ser fornecidos com segurança a qualquer país do mundo, já que, em princípio, seria impossível obter a matéria-prima necessária para a criação de armas nucleares neles. Mas sua principal vantagem seria a segurança. Esses reatores poderiam ser iniciados até mesmo com combustível nuclear usado. De acordo com A. Kryukov, Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas, mesmo cálculos um tanto grosseiros nos dizem que as reservas de urânio gasto acumuladas ao longo de 60 anos de operação da indústria nuclear serão suficientes para várias centenas de anos de geração de energia.
Os reatores BREST são um projeto revolucionário nessa direção. Este reator se encaixa bem no contexto do discurso de Vladimir Putin na Cúpula do Milênio na ONU em setembro de 2000. Como parte de seu relatório, o presidente russo prometeu ao mundo uma nova energia nuclear: segura, limpa, sem o uso de armas. Desde aquela apresentação, o trabalho de implementação do projeto Breakthrough e a criação do reator BREST avançou significativamente.
Vista geral do reator BREST-300
Inicialmente foi projetada a unidade BREST, que daria uma unidade de potência com capacidade de 300 MW, mas posteriormente surgiu um projeto com capacidade aumentada para 1200 MW. Ao mesmo tempo, neste momento, os desenvolvedores concentraram todos os seus esforços no reator menos potente BREST-OD-300 (demonstração experimental) em conexão com o desenvolvimento de uma grande quantidade de novas soluções de design e planos para testá-los em um projeto relativamente pequeno e barato em implementação. Além disso, a potência selecionada de 300 MW (elétrica) e 700 MW (térmica) é a potência mínima necessária para obter a razão de reprodução do combustível no núcleo do reator igual à unidade.
Atualmente, o projeto "Breakthrough" está sendo implementado no site do empreendimento da empresa estatal "Rosatom" da Siberian Chemical Combine (SCC) no território da unidade territorial fechada (ZATO) Seversk (região de Tomsk). Este projeto envolve o desenvolvimento de tecnologias para encerrar o ciclo do combustível nuclear, o que será muito procurado na indústria de energia nuclear do futuro. A implementação deste projeto na prática prevê a criação de um complexo piloto de demonstração de energia que consiste em: BREST-OD-300 - um reator de nêutrons rápido com um refrigerante de metal líquido de chumbo com um ciclo de combustível nuclear estacionário e um módulo especial para fabricação / reforma de combustível para este reator, bem como um módulo para reprocessar seu combustível irradiado. Prevê-se o lançamento do reator BREST-OD-300 em 2020.
O projetista geral do complexo de energia de demonstração piloto é o VNIPIET de São Petersburgo. O reator está sendo construído pela NIKIET (Moscou). Anteriormente, foi relatado que o desenvolvimento do reator BREST é estimado em 17,7 bilhões de rublos, a construção de um módulo de reprocessamento de combustível nuclear usado - 19,6 bilhões de rublos, um módulo de fabricação e um complexo inicial de renovação de combustível - 26,6 bilhões de rublos. A principal tarefa do complexo energético a ser criado deverá ser o desenvolvimento da tecnologia para operar um novo reator, a produção de novo combustível e a tecnologia de reprocessamento do combustível nuclear usado. Por esse motivo, a decisão de lançar o reator BREST-OD-300 na modalidade potência para a geração de energia elétrica será tomada somente após a conclusão de todos os trabalhos de pesquisa do projeto.
O canteiro de obras do complexo de energia BREST-300 está localizado na área da planta radioquímica da Siberian Chemical Combine. O trabalho neste site começou em agosto de 2014. Segundo Sergei Tochilin, Diretor Geral da SKhK, aqui já foi feito um nivelamento vertical com a escavação de um milhão de metros cúbicos de solo, foram instalados cabos, foram instalados encanamentos industriais de água e outras obras concluídas. Atualmente, o empreiteiro "Java-Stroy" e o subempreiteiro Seversky "Spetsteplokhimmontazh" continuam o complexo de obras relacionadas ao período preparatório. Hoje, 400 pessoas trabalham no canteiro de obras, com o aumento do ritmo de obras nas instalações, o número de construtoras passará para 600 a 700 pessoas. Os investimentos estatais neste projeto são estimados em cerca de 100 bilhões de rublos, de acordo com o serviço de imprensa da Siberian Chemical Combine.
Um complexo experimental de demonstração de energia no maior complexo administrativo fechado de nosso país está sendo construído em etapas. A primeira a construir uma usina de combustível de nitreto está planejada para ser inaugurada em 2017-2018. Futuramente, o combustível produzido nesta planta irá para o reator experimental de demonstração BREST-300, cuja construção terá início em 2016 e será concluída em 2020, esta será a conclusão da segunda etapa do projeto. A terceira etapa das obras prevê a construção de mais uma planta de reprocessamento de combustível irradiado. O projeto Breakthrough deve estar totalmente operacional em 2023. Graças à implementação deste ambicioso projeto, deverão surgir cerca de 1,5 mil novos empregos na cidade de Seversk. De 6 a 8 mil trabalhadores participarão diretamente da construção da instalação do BREST-300.
Como disse o chefe do projeto do reator BREST-300 Andrei Nikolaev, o complexo de demonstração experimental de energia na cidade de Seversk incluirá a usina do reator BREST-OD-300 com um ciclo de combustível nuclear estacionário, bem como um complexo para a produção de "combustível nuclear do futuro." Estamos falando de combustível de nitreto para reatores rápidos. Supõe-se que seja com esse tipo de combustível que, a partir da década de 20 do século XXI, funcionará toda a indústria de energia nuclear. Está planejado que o reator experimental BREST-300 se tornará o primeiro reator de nêutrons rápido do mundo com um refrigerante de metal líquido pesado. De acordo com o projeto, o combustível nuclear usado no reator BREST-300 será reprocessado e recarregado no reator. Serão necessárias 28 toneladas de combustível para o carregamento inicial do reator. Atualmente, está em andamento a análise do combustível nuclear irradiado das instalações de armazenamento da Siberian Chemical Combine - é possível que uma determinada quantidade de produtos com elemento de plutônio possa ser utilizada na produção de combustível para o reator experimental BREST.
O reator BREST-300 terá uma série de vantagens significativas em termos de segurança operacional em relação a qualquer reator em operação hoje. Este reator poderá desligar-se sozinho em caso de desvio de algum parâmetro. Além disso, um reator de nêutrons rápido usa combustível com uma margem de reatividade mais baixa, e a aceleração imediata de nêutrons e a subsequente possibilidade de uma explosão são simplesmente descartadas. O chumbo, ao contrário do sódio usado hoje como transportador de calor, é passivo e, do ponto de vista da atividade química, é mais seguro do que o sódio. O combustível de nitreto denso tolera condições de temperatura e defeitos mecânicos mais facilmente, é mais confiável do que o combustível de óxido. Mesmo os acidentes de sabotagem mais extremos com a destruição de barreiras externas (tampas de embarcações, edifícios de reatores, etc.) não serão capazes de levar a liberações radioativas que exigiriam a evacuação da população e subsequente alienação de terras a longo prazo, como aconteceu durante o acidente de Chernobyl em 1986.
As vantagens do reator BREST incluem:
- segurança radiológica natural em caso de todos os tipos de acidentes por motivos externos e internos, incluindo sabotagem, que não requeira evacuação da população;
- fornecimento de combustível de longo prazo (quase ilimitado no tempo) devido ao uso eficiente do urânio natural;
- não proliferação de armas nucleares no planeta, eliminando a produção durante a operação de plutônio para armas e a implementação de tecnologia local para reprocessamento de combustível seco sem separação de plutônio e urânio;
- compatibilidade ambiental da produção de energia e posterior eliminação de resíduos devido a um ciclo de combustível fechado com transmutação de produtos de fissão de longa duração, transmutação e combustão de actinídeos em um reator, purificação de resíduos radioativos de actinídeos, retenção e eliminação de resíduos radioativos sem violar o balanço de radiação natural;
- competitividade econômica, que é alcançada devido à segurança natural da usina nuclear e à tecnologia do ciclo de combustível implementado, alimentando o reator com apenas 238U, rejeição de sistemas de segurança de engenharia complexos, parâmetros de chumbo elevados, que garantem o alcance de supercríticos parâmetros do circuito da turbina a vapor e alta eficiência do ciclo termodinâmico, redução dos custos de construção.
Imagem do projeto do complexo BREST. 1 - reator, 2 - sala de turbina, 3 - módulo de reprocessamento SNF, 4 - módulo de fabricação de combustível novo.
A combinação de combustível mononitreto, qualidades naturais do refrigerante de chumbo, soluções de projeto do núcleo e circuitos de resfriamento, características físicas de um reator rápido traz o reator BREST a um nível qualitativamente novo de segurança natural e torna possível garantir a estabilidade sem o acionamento de ativos meios de proteção de emergência em acidentes muito graves, que são intransponíveis para qualquer um dos reatores existentes e projetados no mundo:
- canhão autopropelido de todos os órgãos reguladores disponíveis;
- desligamento (bloqueio) de todas as bombas do 1º circuito do reator;
- desligamento (bloqueio) de todas as bombas do 2º circuito do reator;
- despressurização do prédio do reitor;
- ruptura dos tubos do gerador de vapor ou dutos do circuito secundário em qualquer seção;
- a imposição de uma variedade de acidentes;
- Tempo ilimitado de resfriamento no desligamento completo.
O projeto Breakthrough implementado pela Rosatom visa criar uma nova plataforma tecnológica para a indústria nuclear russa com um ciclo de combustível fechado e resolver o problema do combustível nuclear irradiado e dos resíduos radioativos (RW). O resultado da implementação deste ambicioso projeto deve ser a criação de um produto competitivo que proporcionará às tecnologias russas a liderança na indústria de energia nuclear mundial e, em geral, no sistema global de energia pelos próximos 30-50 anos.
