Modelo computacional para a análise de ciclos de combustível estendidos de um reator de água pressurizada integral

Abstract

O projeto e otimização de reatores modulares avançados tem sido uma das principais linhas de investigação nos últimos dez anos na área da energia nuclear, pelas vantagens que apresentam em relação às centrais nucleares tradicionais. Por outro lado, há um interesse crescente na utilização do tório devido aos seus benefícios como combustível nuclear. Este trabalho investiga um reator modular pequeno (SMR) do tipo água pressurizada integrado (iPWR), que produz 530 MW (t), e utiliza misturas de Tório-Urânio (ThU), Tório-Plutônio (ThPu) e Tório-Urânio-Plutônio (ThUPu) como combustível. Propõe-se desenvolver um modelo computacional, utilizando o programa Serpent, que permita uma descrição neutrônica detalhada do núcleo do SMR. Além disso, propõe-se desenvolver um modelo termohidráulico usando o programa OpenFoam, que permite calcular as distribuições de temperatura na seção em que é produzida a maior potência dentro do núcleo do SMR iPWR. São calculados parâmetros neutrônicos importantes, como a variação de Keff com a queima do combustível, os coeficientes de reatividade por temperatura, bem como as distribuições de energia do núcleo para diferentes instantes de tempo e a variação de massa para os principais isótopos. O comportamento físico-neutrônico do núcleo é estudado, utilizando métodos para controlar a reatividade. Com o modelo termohidráulico são calculadas as distribuições de temperatura, tanto no combustível quanto no refrigerante.