Durante um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório de três anos, uma equipe de cientistas descobriu e patenteou um processo para injetar minerais semelhantes à areia no núcleo de um reator nuclear durante um acidente para conter e desacelerar a progressão de um derretimento.

Sandia desenvolveu modelos de computador e software (conhecido como MELCOR) que mostram como o cório, uma mistura semelhante a lava altamente radioativa de combustível nuclear, produtos de fissão, hastes de controle, materiais estruturais e outros componentes, derrete através de um reator nuclear e se espalha durante o derretimento.

"Durante um grave acidente com reator, o navio que continha o combustível derrete e se rompe, e então tudo aquilo cai no chão de contenção e começa a se espalhar, "Sandia engenheiro nuclear David Louie disse.

Acidentes com reatores nucleares são raros, mas quando acontecem, as consequências podem ser devastadoras para as pessoas, o meio ambiente e a confiança do público na segurança da energia nuclear, Louie disse.

Como um laboratório nacional, Sandia pesquisa todos os aspectos da energia nuclear, da produção ao transporte e armazenamento de resíduos, e trabalha para garantir a segurança em cada etapa. Isso inclui o uso de software de computador como o MELCOR para modelar acidentes catastróficos para entender por que eles acontecem e estudar como diferentes cenários mudam o resultado.

Quando o cório se espalha, pode aumentar a liberação de material radioativo no meio ambiente de duas maneiras, Louie disse. Ele pode derreter através do piso do prédio e infiltrar-se no solo, reagindo quimicamente com os materiais em que toca. Por exemplo, quando o cório reage com o concreto, ele pode criar gás hidrogênio, o que pode levar a uma possível explosão.

Em acidentes reais de derretimento de reatores nucleares e em cenários modelados, a abordagem tradicional tem sido usar água para tentar resfriar o cório, mas esse processo não funcionou rápido o suficiente para evitar que o acidente progredisse e que a contaminação se espalhasse.

"Eventualmente, o cório para de se espalhar porque a água vai resfriá-lo, "Louie disse." Mas você não quer que o acidente piore cada vez mais enquanto você trabalha para trazer água. A água também fornece uma fonte de hidrogênio explosivo.

Não coma este bolo - 'levedando' lava radioativa para esfriar, contê-lo

Louie, Yifeng Wang, Jessica Kruichak e outros membros da equipe estudaram e testaram minerais carbonáticos naturais, como calcita e dolomita, para determinar se eles poderiam ajudar a conter o cório e evitar a escalada de um acidente com o reator. A primeira etapa foi um pequeno experimento de bancada usando gramas de pó de óxido de chumbo derretido para simular o cório. Os pesquisadores aqueceram o óxido de chumbo a 1, 000 C (1, 832 F) e, em seguida, derramou o material fundido sobre calcita granular. Como um controle, eles repetiram o teste com areia (dióxido de silício granular) em vez de calcita.

“Vimos que os minerais carbonáticos injetáveis ​​funcionam, "Louie disse." Ele reagiu quimicamente para produzir uma grande quantidade de dióxido de carbono, que "fermentou" o óxido de chumbo em uma bela estrutura semelhante a um bolo. A própria reação teve um efeito de resfriamento, e todos os poros no 'bolo' permitem um resfriamento adicional. "

Quando areia foi usada no teste de controle, nada aconteceu, como os pesquisadores esperavam.

A equipe então passou para um experimento maior em escala de quilograma usando mais óxido de chumbo e calcita granular. Eles também repetiram o experimento de controle de areia em escala maior. Os resultados continuaram a mostrar que carbonatos granulares injetáveis ​​podem ser uma solução promissora para prevenir a propagação de cório, Louie disse.

Durante o último ano do projeto, Louie, Wang, Alec Kucala, Rekha Rao e Kyle Ross traduziram os resultados dos experimentos para MELCOR e construíram uma sequência de acidentes para modelar como os minerais injetáveis ​​afetariam um acidente de reator nuclear, semelhante ao acidente de Fukushima Daiichi no Japão.

A equipe tem uma patente não provisória em andamento para os materiais injetáveis ​​e espera realizar experimentos maiores usando urânio empobrecido no futuro, Louie diz.

"Depois disso, estaríamos prontos para comercializar a tecnologia, "Louie disse." Esses materiais podem ser adaptados em qualquer projeto de reator nuclear existente. "