Alguns anos atrás, vários reatores nucleares nos Estados Unidos estavam enfrentando a possibilidade de paralisações imprevistas após o desastre na usina japonesa de Fukushima Daiichi. O acidente de 2011 levou a um escrutínio mundial da segurança da energia nuclear, especialmente em relação aos reatores de água fervente, ou BWRs.

Nos E.U.A., onde BWRs constituem quase um terço dos reatores, reguladores consideraram novas melhorias de segurança para evitar outro cenário como Fukushima, onde um terremoto e tsunami desencadeou uma série de falhas de combustível que resultou em vazamentos radioativos. Mas para os operadores BWR, alguns dos novos requisitos potenciais significariam o fechamento de vários reatores e enormes custos para as outras usinas continuarem operando.

Eventualmente, um terceiro caminho surgiu, informado por pesquisa conduzida no Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE). Os dados de anos de testes em Argonne apoiaram uma abordagem que poderia preservar a segurança e evitar US $ 1 bilhão em despesas incapacitantes para os operadores da planta.

À frente da curva de segurança

Os reatores nucleares são protegidos por um edifício de contenção revestido de aço reforçado com concreto tanto por dentro quanto por fora. Em um acidente, o desafio é evitar o cório - o material semelhante a lava formado quando as barras de combustível de urânio no núcleo do reator derretem, junto com seu revestimento de metal protetor - de entrar no ambiente se o cório escapar do vaso do reator e corroer o piso de concreto abaixo. Nas fábricas de Fukushima Daiichi, Acredita-se que esse tipo de evento tenha contribuído para o escape de material altamente radioativo que contaminou o solo próximo e vazou para o Oceano Pacífico.

Os operadores de usinas nucleares precisavam de uma maneira de garantir que as liberações radioativas fossem minimizadas para proteger as pessoas e o meio ambiente no caso de um acidente. Uma opção envolvia a instalação de grandes filtros nas aberturas dessas plantas, uma solução tão cara - até US $ 50 milhões por planta - que, em alguns casos, o desligamento da planta teria sido mais prático.

Como uma equipe da indústria conhecida como BWR Owners Group explorou como resolver esses problemas, eles aprenderam sobre pesquisas que estavam em andamento em Argonne por décadas. Equipe do laboratório, que tem uma longa história de ciência da energia nuclear, também estavam apoiando o DOE em sua resposta aos acidentes na Daiichi.

Experimentos guiam o caminho a seguir

Em resposta ao colapso parcial de 1979 na usina de Three Mile Island da Pensilvânia, Os pesquisadores de Argonne estavam simulando o processo de derretimento do núcleo de um reator. Eles estudaram como o cório resultante interage com o concreto, e como essa interação pode ser interrompida inundando-se com água. Os experimentos foram alguns dos maiores de seu tipo no mundo, e empresas de energia nuclear os co-patrocinaram para apoiar melhorias de segurança em suas usinas.

"Estávamos basicamente encerrando esse trabalho, e então os acidentes aconteceram em Fukushima Daiichi, "disse o engenheiro nuclear de Argonne, Mitch Farmer, que conduziu análises e experimentos de acidentes graves no laboratório desde 1988. "Nesse ponto, havia um interesse renovado no trabalho que estávamos fazendo - principalmente como ele poderia apoiar os esforços da indústria para atender aos novos requisitos regulatórios. "

A Comissão Reguladora Nuclear dos EUA (NRC) queria que os operadores de BWR garantissem que as liberações radioativas de uma planta durante um acidente grave pudessem ser evitadas ou reduzidas ao mínimo possível.

Mas a pesquisa de Argonne mostrou que se o cório migrasse para fora do vaso do reator, ele poderia ser resfriado com eficácia pela injeção de água através do vaso, enquanto o material radioativo é mantido dentro do prédio de contenção - uma abordagem que não exigiria novos equipamentos ou modificações nas plantas.

A pesquisa também ajudou a estabelecer parâmetros para determinar quando o cório havia resfriado adequadamente, outra peça-chave para evitar a confusão vista entre os operadores da fábrica em Fukushima.

"Tão importante quanto resfriar os detritos de cório é ser capaz de reconhecer que você os estabilizou, "disse Bill Williamson, um engenheiro especialista em reatores nas instalações de Browns Ferry da Tennessee Valley Authority no Alabama, que também é coordenador de procedimentos de emergência do BWR Owners Group. "A pesquisa de Argonne nos ajudou a entender o que devemos procurar e o que devemos esperar."

A descoberta de $ 1 bilhão

A capacidade de informar a estratégia de segurança com uma melhor compreensão das interações de cório foi um avanço importante para a indústria e para o país, dado que as usinas nucleares fornecem cerca de um quinto da eletricidade dos EUA sem produzir emissões de gases de efeito estufa.

Instituto de Energia Nuclear, uma associação comercial da indústria, creditaram aos pesquisadores da Argonne a economia da frota geral dos BWRs em mais de US $ 1 bilhão em custos potenciais de modificação.

"A equipe de Argonne ajudou a evitar que vários reatores BWR fossem desligados, "disse Phillip Ellison, um gerente de projeto do Grupo de Proprietários da BWR (administrado pela General Electric-Hitachi). "Conseguimos identificar uma estratégia que funcionou tanto para operadoras quanto para reguladores, e o trabalho de Argonne foi essencial para isso. "

O trabalho nesta área em Argonne tem sido historicamente apoiado pelo NRC, o Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica (EPRI), e operadores de fábrica nos EUA, bem como parceiros internacionais. Após os acidentes na Daiichi, o suporte técnico que a Argonne foi capaz de fornecer à indústria para atender aos requisitos regulatórios em evolução foi fornecido por meio do programa Light Water Reactor Sustainability dentro do Escritório de Energia Nuclear do DOE. A pesquisa nesta área continua a ser conduzida em Argonne com o apoio do NRC, EPRI, e parceiros internacionais para informar ainda mais os operadores da planta sobre as melhores ações que devem ser tomadas durante um acidente grave.