GUINEVERE : Um primeiro passo em direção à incineração de dejetos nucleares

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GUINEVERE : Um primeiro passo em direção à incineração de dejetos nucleares 
 
Edson de Almeida* 
Artigo apresentado à disciplina de Máquinas Térmicas como exercício avaliativo, sob orientação do professor 
Paulo Lagos, em 2016. 
*Acadêmico do Curso de Engenharia Mecânica da UTP – Universidade Tuiuti do Paraná. E-mail: 
cbaco@mail.com 
 
 
RESUMO: Uma das soluções visadas para gerir os dejetos nucleares no futuro é a 
incineração. Programa europeu, GUINEVERE é um modelo à potência reduzida do 
primeiro demonstrador mundial de uma nova categoria de sistemas nucleares cujo 
objetivo principal é “queimar” os dejetos nucleares altamente radioativos de vida longa. 
Neste tipo de instalação, o reator é pilotado por um acelerador de partículas. Facilmente 
controlados e mais seguros, estes “Sistemas Pilotados por Aceleradores” ou 
“Accelerator Driven Systems – ADS” em inglês, forneceriam assim soluções inovadoras 
no domínio nuclear. Os pesquisadores do IN2P3 do CHNRS e do SCK-CEN estão 
associados para realizar o projeto GUINEVERE, em colaboração com o CEA. Este 
trabalho pretende explicar as especificidades desta instalação e o interesse das 
experiências que nela serão conduzidas para o estudo da viabilidade dos futuros 
“INCINERADORES” de dejetos nucleares. 
PLAVRAS-CHAVE: Projeto GUINEVERE; incineração de dejetos nucleares; 
“Accelerator Driven Systems – ADS”. 
 
1 INTRODUÇÃO 
 GUINEVERE é o primeiro sistema pilotado por acelerador (ADS) capaz de 
operar em contínuo, e então simular as condições de uma utilização industrial. O ADS 
acopla um acelerador de partículas a um reator de nêutrons acelerados. O acelerador 
arremessa prótons à altas velocidades contra um alvo de metal pesado colocado no 
coração do reator. O “crash” produz nêutrons de alta energia que, diretamente ou por 
meio de outras fissões vão quebrar os actinídeos menores. 
 Em um ADS, o combustível pode comportar até 50% de actinídeos menores. 
Outra vantagem: este tipo de reator dito “subcrítico” depende dos nêutrons fornecidos 
pelo acelerador de partículas; em caso de parada desse último, a reação se detém por ela 
mesma. 
 Este reator experimental franco-belga é capaz, teoricamente, de transformar os 
dejetos radioativos mais perigosos a fim de reduzir sua nocividade e sua duração de 
vida. Este protótipo, dum custo total de 10 milhões de euros, prefigura MYRRHA, um 
projeto pré-industrial, que poderá estar operacional em 2023. 
 
2 EM DIREÇÃO A UM PROTÓTIPO PRÉINDUSTRIAL 
 E agora? GUINEVERE vai servir para validar os modelos teóricos elaborados 
por pesquisadores para a construção do protótipo pré-industrial MYRRHA em 2023. De 
uma potência de 100 MW térmicos, por um custo estimado em 960 milhões de euros, 
MYRRHA terá a pesada tarefa de demonstrar a viabilidade técnico-econômica dos 
ADS. A começar pelo circuito de resfriamento do reator, utilizando uma liga Chumbo-
bismuto líquido. Uma alternativa necessária aos sistemas atuais de resfriamento à água, 
que limitam a velocidade dos nêutrons. 
 Os ADS contribuirão igualmente, entre outras tecnologias, ao desenvolvimento 
de reatores de 4ª geração. Estes novos geradores elétricos deverão trazer rupturas em 
termos de segurança e de impacto meio-ambiental em relação às tecnologias de 2ª ou de 
3ª geração. Os ADS poderiam também ser empregados como “centros de incineração” 
exclusivos: eles tratariam então os dejetos produzidos por outras centrais sem serem 
integradas ao parque elétrico. 
 Embora a transmutação não elimine a necessidade do enterramento geológico, 
permitirá a redução considerável das superfícies de estocagem e a radio toxidade a longo 
termo dos dejetos. 
 
3 QUAL O PRINCÍPIO ? 
 Um elemento é radioativo quando os núcleos dos átomos que o compõem são 
instáveis e podem se cindir em dois espontaneamente emitindo radiações. Os dois 
átomos que resultam desta fissão são, o mais frequente, muito menos radioativos e tem 
uma duração de vida mais curta. A ideia geral é então forçar a desintegração dos 
elementos radioativos mais perigosos: a isto se dá o nome de TRANSMUTAÇÃO. 
 
 
4 COMO PROVOCAR ESTA FISSÕES ? 
 O princípio é o mesmo do reator nuclear clássico. É preciso fazer com que os 
núcleos atômicos, composto de prótons e neutros, captem neutros suplementares. Isto 
aumenta sua instabilidade e provoca a fissão. 
 
5 POR QUÊ NÃO UTILIZAR UM REATOR NUCLEAR CLÁSSICO ? 
 Porque ele funciona com nêutrons lentos adaptados à fissão dos átomos de urânio. 
Ora os dejetos mais problemáticos são os actinídeos menores (neptunium, americium et 
curium), elementos tornados mais pesados que o urânio após ter captado nêutrons lentos 
sem se desintegrar. Para provocar a fissão, é preciso então bombardear com nêutrons 
acelerados, mais eficazes. 
 
6 JÁ EXISTEM REATORES A NÊUTRONS ACELERADOS ? 
 Desde o abandono dos projetos PHÉNIX e SUPERPHÉNIX, não há mais reator 
a nêutrons acelerados. De qualquer modo não seria possível utilizá-los para a 
transmutação dos actinídeos em grande escala porque eles funcionariam em regime dito 
“crítico”. Isso significa que os nêutrons emitidos da desintegração dos átomos do 
combustível não provocariam novas fissões suficiente para que a reação se auto 
mantenha e para que se acelere. Por razões bastante complexas, a pilotagem deste tipo 
de reator não é possível senão com um combustível que, como o urânio, emita neutros 
“retardados”. Mas não é o caso dos actinídeos menores. 
 
7 COMO FUNCIONA GUINEVERE ? 
 Fonte importante de eletricidade, as centrais nucleares geram dejetos radioativos 
que não se consegue eliminar. Uma das soluções visadas para reduzir a vida de duração 
e a quantidade dos mais nocivos entre eles é a INCINERAÇÃO. 
 É para explorar esta possibilidade que o projeto GUINEVERE nasceu em 2007. 
Construído em Mol, Bélgica, numa cooperação entre o Centro de Estudos de Energia 
Nuclear (SCK-CEN) belga, com a colaboração de vários laboratórios do CNRS e o CEA 
(Comissariado da Energia Atômica), se traduz a uma maquete, um modelo em escala 
reduzida do primeiro demonstrador mundial de um incinerador de dejetos nucleares. 
 Este demonstrador se chamará MYRRHA e como GUINEVERE é um reator 
nucleare. Contrariamente aos reatores clássicos eles tem a particularidade de serem 
pilotados por um acelerador. São sistemas pilotados por acelerador conhecidos como 
ADS (Accelerator Driven Systems). 
 A construção de uma tal instalação é particularmente complexa. Para construir o 
acelerador de GUINEVERE, o Instituto de Física Nuclear de Física de Partículas do 
CNRS reuniu as competências de quatro de seus laboratórios: IPN de Orsey, IPHC de 
Strasburg, LPC de Caen e LPSC de Grenoble. O laboratório belga SCK-CEN construiu 
o reator. O combustível foi disponibilizado pelo laboratório CEA. 
 Através dos reatores clássicos a ideia é produzir eletricidade pela fissão de 
núcleos atômicos cujos nêutrons vão provocar novas fissões em sucessão, de cujo 
processo há a liberação de grande quantidade de energia que é transformada em energia 
elétrica. Do ponto de vista do controle do sistema nuclear há uma grande diferença entre 
o reator clássico e o ADS. Num reator clássico vai se manter a reação em cadeia, ou 
seja, após uma fissão tem-se dois outros nêutrons que são criados e assim 
sucessivamente. 
As imagens abaixo mostram a sequência de como ocorre a fissão num reator clássico. 
Figura 1: FISSÃO NUCLEAR “A” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
 
 
 
 
FIGURA 2: FISSÃO NUCLEAR “B” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
FIGURA 3: FISSÃO NUCLEAR “C” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
FIGURA 4: FISSÃO NUCLEAR “D” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
 Por outro lado, os sistemas pilotados por um aceleradortem por objetivo 
transformar os actinídeos menores, dejetos radioativos altamente tóxicos, através da 
fissão em resíduos de incineração menos radiotóxicos. A ideia é evitar a desaceleração 
dos nêutrons razão pela não se utiliza o reator clássico. As imagens abaixo mostram a 
sequência da fissão dos actinídeos menores. 
FIGURA 5: FISSÃO NUCLEAR “E” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
FIGURA 6: FISSÃO NUCLEAR “F” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
FIGURA 7: FISSÃO NUCLEAR “G” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
 No sistema ADS não se tem nêutrons disponíveis suficientes para manter a reação 
em cadeia, sendo necessária uma fonte externa para manter a reação em contínuo. 
 Na imagem abaixo é mostrado o acelerador linear de GUINEVERE que tem a 
particularidade de produzir feixes contínuos e pulsados. Compõem-se primeiramente de 
uma fonte geradora de íons, na qual é injetada deutério, um gás isótopo natural do 
hidrogênio, que será transformado em íons carregados positivamente no interior da 
fonte. A fonte e os seus equipamentos são posicionados numa plataforma isolada de 
250.000 Volts, e os íons são assim acelerados através do tubo acelerador. 
Figura 8: TUBO ACELERADOR “A” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
FIGURA 9: TUBO ACELERADOR “B” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
 O conjunto da plataforma está colocado numa Gaiola de Faraday a fim de 
proteger eletricamente o restante da instalação. O feixe de íons que sai do tubo 
acelerador atravessa a linha horizontal em cuja mesma são posicionadas várias lentes 
eletrostáticas que permitem focalizar o feixe, isto é, manter as partículas juntas, 
conforme mostram as imagens abaixo. 
FIGURA 10: CONDUTOR HORIZONTAL DE FEIXES DE ÍONS “A” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
FIGURA 11: CONDUTOR HORIZONTAL DE FEIXES DE ÍONS “B” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
 Em seguida o feixe é curvado com sentido para baixo em 90°, e ao atravessar a 
linha vertical também munida de várias lentes eletrostáticas que permitem conduzir o 
feixe exatamente sobre o alvo gerando reações nucleares que produzirão os nêutrons 
acelerados que sustentarão a reação em cadeia. 
FIGURA 12: CONDUTOR DE FEIXES DE ÍONS VERTICAL “A” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
 Nas imagens abaixo podemos observar o compartimento onde fica o reator e é 
acondicionado o urânio fornecido pelo laboratório CEA. Este conjunto é construído em 
chumbo para não desacelerar os nêutrons, ao contrário dos reatores clássicos em que se 
utiliza água para o resfriamento desacelerando os nêutrons. 
 No compartimento mostrado nas figuras abaixo fica o reator no qual é acoplada 
a linha vertical de feixes de íons. 
FIGURA 13: REATOR “A” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
FIGURA 14: REATOR “B” 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
 Na sala de controle tomam-se os dados das experiências realizadas para validar 
uma metodologia que permita ter acesso à reatividade. Quando o ADS está em 
funcionamento ele é alimentado por nêutrons através do acelerador e este número de 
neutros é constante. Quando se interrompe o acelerador o número de fissões decresce 
muito rapidamente e o reator para. 
 Para finalizar mostra-se abaixo a configuração completa do projeto desde o 
acelerador até o reator onde acontecem as reações em cadeia, objetivando a fissão dos 
actinídeos menores, elementos mais radiotóxicos provenientes da energia nuclear. 
FIGURA 15: SISTEMA ADS 
 
Fonte: CNRS/IN2P3 
8 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 Os ADS apresentam diversas vantagens determinantes em complemento às 
fileiras existentes de reatores à nêutrons térmicos de que faz parte a atual fileira de 
reatores à água pressurizada de um parque nuclear: 
- eles podem utilizar sem limitação o plutônio produzido pelos reatores à água ou 
produzido por eles mesmos. Permitem assegurar uma gestão racional e perene do urânio, 
justificando assim seu status de matéria energética valorizada nos combustíveis usados, 
e não necessitam de estocagem em condições seguras deixando frágeis traços da 
presença de urânio nos dejetos últimos; 
- permitem valorizar a totalidade de urânio extraído do solo, multiplicando por um fator 
da ordem de uma centena a energia que se pode extrair de uma dada massa de urânio 
natural ; 
- o espectro dos nêutrons acelerados abre também a possibilidade de transmutar certos 
actinídeos menores e permite reduzir o inventário de rádio toxidades dos dejetos, se isto 
for desejado ao termo de uma análise dos benefícios e dos detrimentos da operação, e 
de limitar por via de consequência a empresa da estocagem profunda dos dejetos 
nucleares. 
 Os ADS representam então um componente chave de uma estratégia de ciclo 
fechado permitindo gerir eficazmente as matérias presentes nos combustíveis usados 
primeiro num parque de reatores a nêutrons acelerados, depois num parque homogêneo 
de ADS. 
 
9 CONCLUSÃO 
 Através do presente trabalho podemos destacar que em matéria de gestão durável 
das matérias e dejetos radioativos dois princípios diretores podem ser enunciados: 
- o primeiro é a fixação de uma política de tratamento-reciclagem dos combustíveis 
usados, para reduzir a quantidade e a nocividade dos dejetos radioativos últimos; 
- o segundo é que, para estes dejetos últimos de alta atividade e vida longa, a estocagem 
reversível em camadas geológicas profundas é a via de referência. 
 Esta estratégia apresenta vantagens importantes em termos de economia de 
recursos, de controle do inventário de urânio, de diminuição da quantidade de dejetos 
produzidos. Por razões já evocadas, ligadas à física de nêutrons lentos, que não permite 
a reciclagem do urânio, uma valorização mais engajada destas matérias, passando pela 
possibilidade de uma reciclagem, constitui uma aposta importante dos sistemas 
nucleares de 4ª geração. 
 
GUINEVERE A FIRST STEP TOWARDS NUCLEAR WASTE INCINERATION 
 
REFERÊNCIAS 
CNRS/IN2P3, vídeo intitulado GUINEVERE UM PREMIER PAS VERS 
L’INCINÉRATION DES DÉCHETS NUCLÉAIRES 
 
LENGLET, Roger et TOULY, Jean-Luc (2006) : L’eau des multinationales : Les vérités 
inavouables. Paris. Editeur Fayard. 
 
VIVERET, Patrick (2004) : Reconsidérer la Richesse; Editions de l’aube. Paris.