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A atuação do Serviço de Tecnologia de Reatores do CDTN no RMB

14 de Fevereiro de 2019

Com a construção do Reator Multipropósito Brasileiro (RMB) o País quer, entre outros objetivos, produzir aqui e reduzir os gastos com as importações de matéria-prima para a produção de radiofármacos e duplicar a quantidade de oferta desses produtos à sociedade. Hoje, o Brasil gasta mais de US$ 15 milhões na importação de radioisótopos (principalmente de molibdênio-99, que é um gerador do tecnécio-99m) utilizado na Medicina Nuclear de forma a garantir a realização de mais de dois milhões de procedimentos por ano em diagnósticos de usuários. Dessa demanda nacional, o Sistema Único de Saúde (SUS) é responsável direto pelo atendimento de 25%.

Maquete do RMB e seus laboratórios a serem construídos em Iperó-SP Foto: Divulgação CNEN

Além disso, o RMB representa um importante passo para o desenvolvimento científico e tecnológico do Brasil, em diversas áreas do conhecimento. O RMB será utilizado, por exemplo, para a irradiação e teste de combustíveis nucleares e materiais estruturais submetidos a altas doses de radiação. Fornecerá também feixes de nêutrons que, na interação com amostras e com a mediação de diversas técnicas experimentais, permitirá acesso a informações únicas sobre a estrutura dos materiais.

O empreendimento do RMB está sob a responsabilidade da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), por meio da sua Diretoria de Pesquisa e Desenvolvimento (DPD), que coordena os trabalhos de desenvolvimento realizados por suas Unidades de Pesquisas, inclusive o CDTN.

Dessa forma, se por um lado o projeto conceitual dos sistemas nucleares e convencionais do RMB e das Instalações Nucleares e Radiativas associadas foi desenvolvido pelo pessoal técnico das Unidades de Pesquisas da CNEN, por outro o projeto desenvolvido e contratado do reator já está definido. Será construído como uma piscina aberta, com potência máxima de 30 MW e terá como referência o Reator Nuclear OPAL, de 20 MW, construído na Austrália, que foi projetado pela empresa pública argentina INVAP. A INVAP, além da concepção do projeto básico do reator e dos seus sistemas, também negociou a transferência da tecnologia para o Brasil construir seu RMB.

Entre as unidades líderes da CNEN está o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen), em SP, com o seu Centro de Engenharia Nuclear (CEN) como importante parceiro técnico, que fornece expertise nas áreas de engenharia, licenciamento e apoio ao gerenciamento técnico das macro-atividades já desenvolvidas. Para as próximas etapas do Projeto RMB, que preveem a definição do escopo do projeto executivo e o acompanhamento dos Programas Básicos Ambientais, o Ipen também deve estar envolvido na liderança e no apoio institucional ao projeto.

Tecnologia de Reatores

No âmbito brasileiro da Tecnologia de Reatores, o desenvolvimento de um novo projeto de combustível nuclear deve ser apoiado por um programa de qualificação experimental do protótipo da vareta, a ser realizado em reatores de pesquisas, utilizando dispositivos experimentais conhecidos como circuitos de irradiação. Por isso, o CDTN e o Centro Tecnológico da Marinha em São Paulo (CTMSP) desenvolveram, em parceria, um Circuito de Irradiação a Água Fervente (CAFE-Mod1), que está sendo adaptado para ser instalado no vaso refletor do reator RMB para qualificação de combustíveis nucleares projetados pela indústria no Brasil.

Visão da composição do Circuito de Irradiação a Água Fervente - CAFE - para ser instalado no RMB  - Divulgação CDTN

De acordo com os pesquisadores Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. e Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo., do Serviço de Tecnologia de Reatores (SETRE) do CDTN, o circuito de irradiação é formado pela cápsula de irradiação e pelos sistemas operacionais e de instrumentação. A cápsula de irradiação conterá o protótipo da vareta combustível nuclear a ser qualificada e será instalada no interior do vaso refletor do reator RMB.

Os sistemas operacionais servem para reproduzir no interior da cápsula de irradiação, mais especificamente na região da vareta em teste, as condições de temperatura, pressão e de radiação que o protótipo da vareta combustível encontrará durante sua utilização em reatores nucleares de potência. A instrumentação, juntamente com os sistemas operacionais, é responsável pelas medições e controle das variáveis físicas experimentais e pela proteção do reator de pesquisas, do circuito de irradiação e da vareta combustível em teste.

Segundo os pesquisadores do CDTN, o ajuste da potência nas varetas combustíveis dentro da cápsula de irradiação é feito através do deslocamento da mesma em relação ao núcleo do reator. Esse deslocamento permite variar a intensidade do fluxo de nêutrons, proveniente do núcleo, que é absorvido pela cápsula.

Atualmente, o CDTN está executando o desenvolvimento tecnológico de um mecanismo para a movimentação horizontal e remota da cápsula de irradiação, chamado de Dispositivo de Movimentação da Cápsula (DMC), a ser instalado na piscina do reator RMB, para realização de testes em condições de variações controladas. A movimentação da cápsula será feita por um dispositivo mecânico composto de engrenagens cônicas, pares pinhão-e-cremalheira, guias prismáticas e rolamentos, eixos de fixação, suportes e um eixo principal de acionamento. O acionamento de todos os mecanismos será feito por um motor de passo montado na parte superior.

Visão, com duas aproximações, da instalação do Dispositivo de Movimentação da Cápsula - DMC - no RMB Divulgação CDTN

O DMC também conta com um aplicativo de controle projetado para realizar de forma automática e cíclica os movimentos que seguem o perfil da rampa de irradiação. Desenvolvido na linguagem de programação LabVIEW ele cria uma interface de comunicação amigável entre o usuário e o sistema eletroeletrônico que controla os movimentos da cápsula.

Para o projeto do circuito de irradiação estão sendo realizados cálculos de neutrônica e termohidráulica para garantir o atendimento de condições de teste, dissipação de calor, perturbação no núcleo, retirada de calor e requisitos de segurança. Entre os cálculos realizados, destacam-se: a potência linear em função da distância do núcleo, para determinação da extensão da rampa, e em função da queima, para ajustar o deslocamento em testes de queima; a distribuição de potência, para determinar a heterogeneidade vertical da potência linear do combustível; a perturbação no núcleo do reator, para confirmar atendimento de requisitos de segurança; e a geração e calor de decaimento, para dimensionamento do sistema de refrigeração.

Até dezembro de 2018, foram realizadas algumas etapas do desenvolvimento do DMC/RMB. Foram definidos o conceito e o projeto de engenharia detalhado do protótipo, foram adquiridos os componentes e foi efetivada a contratação da fabricação mecânica e realizada a montagem e comissionamento desse protótipo no CDTN, além de executados os testes para validação do projeto e dos processos de fabricação do DMC.

Já como próximos passos no projeto estão previstos a realização de testes em tanque de simulação da piscina do RMB e a documentação formal das atividades executadas (registro de software, patentes, artigos etc).

Parâmetros para a transferência de tecnologia

Equipamento para experimento de testes de camada de água quente no RMB Foto: Antônio Pereira Santiago

Uma atividade imprescindível para garantia da transferência de tecnologia da INVAP para o Brasil durante a fase de projeto do RMB é o Grupo de Acompanhamento e Fiscalização (GRAFI). Cada GRAFI é formado para analisar e aprovar tecnicamente os documentos relativos às atividades contratadas de um fornecedor externo. As incumbências do participante exigem que se assegure tecnicamente o atendimento dos requisitos de contrato, o atendimento aos critérios básicos de projeto, às normas e códigos aplicáveis e aos requisitos de órgãos licenciadores, além da correção e exatidão dos valores numéricos especificados.

O CDTN participa do GRAFI com diversos especialistas nas áreas de engenharia, termohidráulica, transporte e neutrônica. Importante ressaltar que diversos experimentos e simulações foram realizados no Laboratório de Termohidráulica e geraram dados para verificação dos GRAFIs, destacando-se o experimento da camada de água quente do RMB, que contou com a construção de uma piscina em escala reduzida.

Destaque-se também que foi centralizado no Ipen um grupo de trabalho para realização de experimentos relacionados ao RMB, com integrantes daquela unidade de pesquisa, da Amazônia Azul Tecnologias de Defesa S.A. (Amazul) e do CDTN. O CDTN ingressou no grupo com proposta de realização de mais alguns experimentos, tais como o “Circuito Laranja” (que será utilizado para medir perfis de velocidade do escoamento através de elemento combustível tipo placa, com ou sem bloqueio de canais) e o próprio experimento do elemento combustível nuclear tipo placa do reator de pesquisas Ipen-MB01, para validação de cálculos de simulação do circuito de irradiação.

Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. - jornalista