_Hinrichs_Kleinback

Cap. 13 Energia Nuclear: Fissão 393
uma operação e gerar material físsil suficiente para outros reatores. Isto é feito principalmente
pela conversão do isótopo não-físsil urânio-238 em plutônio físsil fazendo assim,
maior uso do potencial energético do urânio natural. Os reatores nucleares atuais "queimam"
apenas o urânio-235, que constitui somente 0,7% do urânio natural. O desenvolvimento
bem-sucedido do reprodutor asseguraria a um país com acesso ao urânio um
suprimento praticamente ilimitado de energia. Porém, como já assinalado, o crescimento
da energia nuclear tem sido muito menor do que se esperava, de forma que não existe
muita pressão sobre as reservas de urânio, e, portanto, o interesse nos reatores reprodutores
tem diminuído.
Basicamente, um reprodutor converte um pouco do isótopo (normalmente não-físsil)
238
U no isótopo físsil 239 Pu. Isto ocorre por meio da seguinte série de passos:
Um nêutron capturado por 2 3 8 U forma 239 U, que tem uma meia-vida de 23 minutos;
este decai em netúnio-239 por decaimento beta (meia-vida de 2,4 dias), que por sua vez
decai em plutônio-239, com uma meia-vida de 24.000 anos.
Neste ponto você pode estar perguntando por que esta reação também não ocorre nos
reatores a água leve (LWRs) atuais. A resposta é que ela ocorre, mas não muito eficientemente.
Reatores atuais de 1.000 MWe produzem aproximadamente 200 kg de plutônio por
ano. Porém, não se produz plutônio-239 suficiente para substituir o combustível que é destruído.
Os reprodutores são construídos para maximizar a quantidade de plutônio físsil
produzida; ao contrário dos LWRs, eles produzem mais material físsil do que o utilizado.
Os reprodutores utilizam nêutrons "rápidos" ou de alta energia para executar esta tarefa.
Nêutrons rápidos têm uma maior chance de serem capturados pelo 2 3 8 U do que pelo
235
U. Quando a fissão ocorre com nêutrons rápidos, o número de nêutrons produzidos em
média é maior do que na fissão com nêutrons lentos (2,9 comparado a 2,4 por evento de
fissão), portanto, a eficiência de reprodução é aumentada. O objetivo é produzir nêutrons
suficientes para sustentar a reação em cadeia e criar uma quantidade de plutônio que irá
ao menos substituir os núcleos de 2 3 5 U ou 239 Pu que são utilizados. Para apenas manter a
reação em cadeia e substituir os núcleos fissionados, dois nêutrons devem ser capturados
por fissão. O excesso de nêutrons acima de dois poderia, então, ser utilizado na produção
de material físsil adicional. O significado deste processo é que estamos convertendo 2 3 8 U
em um combustível útil, o 239 Pu, ao invés de apenas utilizarmos o 235 U. O reprodutor promete
utilizar 60% da energia do urânio natural, ao invés dos atuais 1% a 2% do LWR, amplificando
assim as reservas de urânio por um fator de 50.
Como uma das finalidades da água no LWR é desacelerar os nêutrons da fissão de
forma que sua chance de captura pelo 2 3 5 U seja mais alta, um refrigerante diferente deve
ser usado nos reatores reprodutores. O refrigerante mais utilizado atualmente é o sódio líquido,
um metal. O núcleo de sódio tem uma massa maior do que a dos núcleos de hidrogênio
ou oxigênio da água; portanto, ele não irá desacelerar tanto os nêutrons (isto é
análogo a uma bola de tênis que se choca com uma bola de boliche — a bola de tênis perde
muito pouca energia). O sódio como refrigerante tem excelentes propriedades de transferência
de calor. Uma desvantagem do sódio é que ele reage violentamente com a água e
(nas temperaturas do reator reprodutor) queima espontaneamente no ar. Assim, esforços
adicionais têm que ser feitos para se evitar vazamentos no sistema de refrigeração. Este tipo
de reator reprodutor é chamado de reator reprodutor rápido a metal líquido (LMFBR) 41 .
41 N.T.: Do inglês Liquid Metal Fast Breeder Reactor.