A China criou o primeiro reator nuclear à prova de fusão

A China criou a primeira central nuclear de grande escala aparentemente resistente à fusão. Embora o conceito não possa ser adaptado aos reatores nucleares atualmente existentes, fornece um modelo que pode ser utilizado para quaisquer construções futuras.

Os reatores nucleares existentes necessitam de sistemas de refrigeração alimentados para funcionar.

A natureza destes sistemas varia de acordo com o design do reator. A maioria usa água, alguns são arrefecidos com CO₂, hélio, metais fundidos ou sais fundidos.

Mas todos fazem essencialmente a mesma coisa: afastam o excesso de calor do núcleo do reator.

Os sistemas de arrefecimento a água são conhecidos por fornecerem uma elevada densidade de potência, o que se traduz numa melhor eficiência térmica — basicamente, o rácio entre a produção de trabalho e a entrada total de energia térmica num sistema — mas têm desvantagens.

Por exemplo, há sempre a possibilidade de uma explosão se o reator sofrer uma fusão, porque, se as bombas de água perderem potência, o calor das barras de combustível do reator pode dividir a água em hidrogénio explosivo e gás oxigénio.

Foi um problema como este que contribuiu para o acidente nuclear de Fukushima em 2011, quando uma perda de energia significou que as barras de combustível, que estavam inundadas, sobreaqueceram, resultando numa explosão.

Os reatores arrefecidos a gás são menos suscetíveis de explodir do que os seus homólogos arrefecidos a água, mas também tendem a ter uma eficiência térmica inferior.

Mas, independentemente do tipo de sistema de arrefecimento utilizado, em caso de emergência, é necessária a intervenção humana para encerrar o reator e evitar uma catástrofe. Isto deve-se geralmente ao facto de os sistemas de arrefecimento dependerem de fontes de energia externas.

O que tem então de especial o novo conceito de reator agora desenvolvido na China?

Um novo tipo de reator, conhecido como “reator de leito de seixos” (PBR), pode ter soluções para os problemas inerentes aos conceitos mais antigos, explica o IFLS.

Estes reatores são “passivamente” seguros, pelo que podem desligar-se sozinhos se houver algum problema com o sistema de arrefecimento.

Ao contrário de outros reatores que se baseiam em barras de combustível altamente densas em energia, os PBR utilizam um grande número de “seixos” de combustível mais pequenos e de baixa densidade energética.

Apesar de conterem menos urânio do que as barras de combustível tradicionais, são em maior número. Estão também rodeadas por grafite, que é utilizada para moderar a quantidade de atividade neutrónica no núcleo, o que ajuda a abrandar as reações nucleares, resultando em menos calor.

Assim, uma densidade de energia mais baixa significa que o excesso de calor pode ser espalhado pelos seixos e mais facilmente transferido.

A ideia pode parecer óbvia, mas a verdade é que até há pouco tempo os únicos reatores PBR existentes eram protótipos na Alemanha e na China.

No entanto, a China construiu agora em Shandong um módulo de leito de seixos de um reator arrefecido a gás (HTR-PM) à escala real, que se tornou comercialmente operacional em dezembro de 2023 e está equipado com estes sistemas.

A fim de os testar, os engenheiros desligaram ambos os módulos do HTR-PM numa altura em que estavam a funcionar a plena potência. Os resultados do estudo foram apresentados num artigo publicado a semana passada na revista Joule.

“Para confirmar a existência de reatores seguros à escala comercial, dois testes de arrefecimento natural foram realizados no módulo do reator nº 1 em 13 de agosto de 2023 e no módulo do reator nº 2 em 1 de setembro de 2023″, escrevem os investigadores.

“Durante a totalidade dos testes, os módulos do reator foram arrefecidos naturalmente sem sistemas de arrefecimento de emergência do núcleo ou qualquer sistema de arrefecimento acionado por energia”, acrescentam os autores do estudo.

Os resultados mostram que o HTR-PM se arrefeceu a si próprio, atingindo uma temperatura estável 35 horas após o corte de energia.

A possibilidade de testar um reator nuclear em funcionamento retirando-lhe a energia de arrefecimento é extremamente invulgar.

É apenas devido ao sistema único do HTR-PM que isto é possível e, embora sejam necessários mais testes para garantir que o sistema funciona corretamente, espera-se que este sirva de modelo para futuros reatores noutros locais.

“Em resumo, os testes de perda de arrefecimento realizados confirmam a caraterística de segurança inerente da primeira instalação de demonstração mundial de um HTR-PM”, conclui a equipa.