Reator de Pesquisa IPEN-MB/01
Leslie Molnary, Ipen-Cnen/SP  Reator Nuclear de Pesquisa IPEN/MB-01 (Unidade Crítica). |
Introdução
O Reator IPEN/MB-01 é um reator nuclear genuinamente brasileiro, concebido por pesquisadores e Engenheiros do IPEN-CNEN/SP, financiado e construído pela Marinha do Brasil, atingiu sua primeira criticalidade às 15 horas e 35 minutos do dia 9 de Novembro de 1988, sendo oficialmente entregue para operação ao IPENCNEN/SP em 28 de Novembro deste mesmo ano.
O projeto do Reator IPEN/MB-01 foi iniciado em 1983 e suas obras foram concluídas em Julho de 1988. No mesmo mês iniciaram-se os testes dos seus vários sistemas. Cumpridas as exigências legais exigidas para o seu licenciamento, foi concedida em 19 de Outubro de 1988, pelas resoluções CNEN 23 e 25 a autorização para a sua operação inicial para operar a uma potência máxima de 100 watts.
O Reator IPEN/MB-01 é um reator nuclear genuinamente brasileiro, concebido por pesquisadores e Engenheiros do IPEN-CNEN/SP, financiado e construído pela Marinha do Brasil, atingiu sua primeira criticalidade às 15 horas e 35 minutos do dia 9 de Novembro de 1988, sendo oficialmente entregue para operação ao IPENCNEN/SP em 28 de Novembro deste mesmo ano.
O projeto do Reator IPEN/MB-01 foi iniciado em 1983 e suas obras foram concluídas em Julho de 1988. No mesmo mês iniciaram-se os testes dos seus vários sistemas. Cumpridas as exigências legais exigidas para o seu licenciamento, foi concedida em 19 de Outubro de 1988, pelas resoluções CNEN 23 e 25 a autorização para a sua operação inicial para operar a uma potência máxima de 100 watts.
Trata-se de uma instalação nuclear que permite a simulação de
todas as características nucleares de um reator de grande porte em
escala reduzida, sem que haja a necessidade de construir-se um complexo
sistema de remoção de calor. Esse tipo de reator é conhecido
mundialmente como reator de potência zero ou Unidade Crítica,
Esses reatores representam uma importante ferramenta, que permitem aos
pesquisadores estudar, não apenas por cálculos teóricos mas também com
medidas experimentais, o desempenho e as características do núcleo de um
reator de potência ou de propulsão naval, antes da sua efetiva
instalação, simulando as condições de projeto na própria instalação.
A filosofia que norteou o projeto do reator IPEN/MB-01, foi projetar e testar um núcleo típico para uso em propulsão naval, ou
seja, que o controle de reatividade se desse a partir da inserção ou
retirada de barras de controle, diferindo do modelo de muitas unidades
críticas em que o controle se dá pelo nível d’água no tanque moderador.
Esse controle de reatividade por barras de controle é típico de
reatores navais, em que se necessitam de rápidas variações de potência,
afim de se empreenderem manobras de fuga ou de perseguição.
Um
grande número de operações e experimentos foram realizados nessa
instalação desde sua inauguração, permitindo que os pesquisadores,
operadores, engenheiros e técnicos da CNEN e a Marinha do Brasil
alcançassem valoroso conhecimento e experiência na área.
Em virtude da comemoração dos seus 30 anos de operação ocorreu, nos dias
07 a 09 de novembro de 2018, a 1a Oficina sobre Operação, Segurança e Desenvolvimento de Pesquisa em Reatores de
Potência Zero ("1st
Workshop on Operation, Safety and Research Development in Zero Power Reactors - ZPRw2018”).
Esse
evento promoveu ampla discussão sobre diversos aspectos relacionados à operação
segura e desenvolvimento de pesquisa e conhecimento nas áreas de Física dos
Reatores em instalações desse tipo no Brasil e no mundo. Um vídeo documentário foi produzido sobre os 30 anos de operação do Reator Nuclear
IPEN/MB-01, o primeiro com projeto e construção totalmente nacionais.
O primeiro núcleo do Reator IPEN/MB-01 teve sua primeira criticalidade
no dia 09 de novembro de 1988 às 15:35 h e operou até 2019.
Este núcleo era do tipo matricial
com dimensões ativas de 39x42x54,6 cm, sendo constituído de um arranjo
de 28x26 varetas combustíveis e 48 tubos guias, destinados a inserção
das varetas de controle/segurança, responsáveis pelo controle da reação
em cadeia e desligamento do reator. As varetas de combustível foram projetadas e produzidas no país pelo Centro do Combustível Nuclear (CECON) do Ipen.
Com um
total de 680 varetas, havia a possibilidade de montagem
de diferentes arranjos críticos, ou seja configurações de núcleos,
sendo bastante versátil e flexível e permitindo um excesso de
reatividade de
aproximadamente 2.415 pcm.
Leslie Molnary, Ipen-Cnen/SP  Primeiro Núcleo do Reator de Pesquisas IPEN-MB/01 |
Todo o núcleo do reator, era apoiado por uma estrutura suporte, fixada na parte superior por uma plataforma metálica, e na parte inferior mantida suspensa no interior do tanque moderador, contendo água tratada e desmineralizada, utilizada como elemento moderador da energia dos nêutrons.
Além das barras de controle e segurança, o sistema de controle de reatividade inclui um sistema de esvaziamento rápido do tanque moderador que provoca o desligamento do reator por perda do fluído moderador. No desligamento por barras (primeiro nível), as 4 barras caem por gravidade no núcleo, a partir do sinal de corte de energia dos magnetos enquanto no desligamento de segundo nível, além de todas as 4 barras caírem , são abertas duas válvulas de abertura rápida situadas na parte inferior do tanque moderador, causando a retirada de toda água em aproximadamente 4 segundos.
A instrumentação nuclear utilizada no controle e segurança do reator é constituída de 10 canais nucleares, divididos por função em 2 canais de partida (detetores BF3), 2 de potência (Câmaras de Ionização Compensadas-CIC), 2 canais lineares (Câmaras de Ionização Não Compensadas-CINC), 3 canais de segurança na faixa de potência (2 CINC e 1 detetor B-10) e 1 canal de segurança na faixa de partida (Detetor BF3). Estes canais nucleares estão situados ao redor do núcleo, dentro do tanque moderador em diversas cotas axiais, posicionados dentro de tubos de alumínio estanques á água.
A instrumentação nuclear é responsável pelo processamento dos sinais gerados nos detetores nucleares. Após o processamento, estes sinais são enviados para os indicadores de potência e de período na mesa de controle do reator e para os comparadores de sinais que fazem a lógica de proteção do reator. Existem vários valores de limiar operacionais ("set points”) que constituem a rede de intertravamento dos canais nucleares.
Para se atingir a contagem mínima nos canais lineares e liberar a partida do reator é necessária a utilização de uma fonte de nêutrons de Am-Be de atividade de 1 Ci e intensidade de 2,5x106 nêutrons/s. Esta fonte fica armazenada no segundo subsolo do prédio do reator e durante a partida do mesmo é levada através de um pequeno carrinho preso a um cabo de aço a se posicionar na base inferior do tanque moderador, onde pode então sensibilizar os canais nucleares citados, evitando-se assim que a partida do reator se dê as cegas, ou seja numa faixa operacional em que os detetores dos canais de partida e de segurança não estejam aptos a monitorar a taxa de crescimento da população de nêutrons, quando do início de sua operação (partida do reator).
Outros intertravamentos se fazem presentes nos canais nucleares. Talvez o mais importante seja aquele referente ao período de crescimento da população neutrônica quando da supercriticalidade do reator, quando a população de nêutrons cresce exponencialmente. Assim, para períodos menores ou iguais a 17 segundos ocorrem o desligamento involuntário ("Scram”) de primeiro nível, com a correspondente queda das 4 barras . Para períodos menores ou iguais a 14 segundos ocorre o "Scram” de segundo nível, ou seja a abertura das válvulas para escoamento da água do tanque moderador.
Existem vários outros intertravamentos que impedem que o reator seja ligado numa condição insegura (Intertravamentos de Segurança), a até intertravamentos que provocam o desligamento do reator (Operacionais). Podemos citar vários que vão desde a abertura da porta de acesso da Célula Crítica (Saguão onde está o núcleo do reator), até condições inadequadas da água moderadora, que vai desde a baixa temperatura da mesma (menor de 17 graus) até um nível inadequado de condutividade.
Todos os sistemas citados (núcleo, tanque moderador, detetores dos
canais nucleares, controle das barras, etc) estão situados dentro da célula crítica, um prédio mantido à pressão negativa, (–50 a
–200 Pa), construído com paredes de concreto, com
funções de confinamento e blindagem.
Segundo Núcleo: elementos combustíveis tipo placa
Katia Itioka
Segundo Núcleo do Reator de Pesquisas IPEN-MB/01 O segundo núcleo do reator IPEN/MB-01 possui elementos combustível do tipo placa e sua primeira criticalidade foi estabelecida em 03 de março de 2020.
Esse novo núcleo é composto por 19 elementos combustíveis tipo placa compostas, cada um, por x placas, formando uma nova configuração de núcleo.
Essa nova configuração do núcleo do reator IPEN/MB-01 foi idealizada, projetada e construída com o objetivo de simular todos os aspectos da Física dos Reatores a serem observadas no futuro núcleo do Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), importante o reator de pesquisa em desenvolvimento no Brasil, numa parceria entre a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) e a Marinha do Brasil.
Os novos elementos combustíveis tipo placa foram totalmente projetados, fabricados e produzidos no Brasil, pelos engenheiros, pesquisadoes e técnicos do Centro de Engenharia Nuclear (CEENG) e do Centro do Combustível Nuclear (CECON).
A resolução CNEN Nº 237 de 13 de dezembro de 2018 concedeu a AUMAN (Autorização de Manuseio de Material Nuclear ) ao Reator
IPEN/MB-01 e a resolução CNEN Nº 256 de 11 de novembro de 2019 concedeu ao
citado reator a AOP (Autorização de Operação Permanente).
