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FCN Enriquecimento

Utilizando parte das instalações da Fábrica de Combustível Nuclear da INB, em Resende - RJ, encontra-se em implantação a primeira planta de enriquecimento isotópico de urânio, em escala industrial, constituída de cascatas de ultracentrífugas desenvolvidas e fornecidas pelo Centro Tecnológico da Marinha em São Paulo (CTMSP).

A primeira das dez cascatas contratadas ao CTMSP foi inaugurada em 2006. Prevê-se para final de 2012 a conclusão da primeira fase do empreendimento, compreendendo o total de dez cascatas montadas em quatro módulos, que fornecerão a quantidade de urânio enriquecido para a produção de combustíveis nucleares para suprimento de 100% das necessidades do reator de ANGRA 1 e 20% de ANGRA 2.

A manutenção do domínio do processo de enriquecimento isotópico de urânio por ultracentrifugação, mediante o continuado desenvolvimento tecnológico e sua aplicação industrial, reveste-se de importância tecnológica, estratégica e econômica para o País.

Envolve a aplicação de tecnologias sofisticadas, cujo domínio e acesso são restritos a poucos países. Representa cerca de 35% do custo total de fabricação do combustível nuclear.

Os reatores a água leve - PWR - Pressurized Water Reactor - adotados pelo Brasil para a geração de núcleo-eletricidade, utilizam em sua operação o urânio levemente enriquecido no isótopo urânio 235, que, ao sofrer fissão, gera energia térmica no núcleo do reator.

Vários processos de enriquecimento foram desenvolvidos em laboratórios, mas somente dois deles operam em larga escala industrial: a difusão gasosa e a ultracentrifugação. As empresas proprietárias de usinas de difusão gasosa, por razões técnicas e econômicas iniciaram a sua desativação, ao mesmo tempo em que programam a implantação de unidades industriais de ultracentrifugação.

Processo

O processo físico de ultracentrifugação separa os isótopos urânio 235 e 238, aumentando a concentração do isótopo físsil urânio 235 de 0,7%, como encontrado na natureza, para cerca de 4%.

A ultracentrífuga a gás (no caso UF₆) é um cilindro vertical fino que gira a uma velocidade extremamente alta dentro de uma carcaça com vácuo. Um campo de força ultracentrífuga gerado dentro do cilindro em rotação (rotor) separa os diferentes isótopos ao longo da direção radial. Um fluxo axial de contracorrente é estabelecido para aumentar a separação dos isótopos. Na prática, a eficiência de uma ultracentrífuga a gás depende da velocidade periférica e do comprimento do rotor, da taxa axial de recirculação e da taxa de alimentação da máquina. O princípio de funcionamento de uma ultracentrífuga a gás é ilustrado na figura abaixo.

Esquema de funcionamento de uma ultracentrífuga a gás

Como grandes quantidades de material enriquecido são necessárias ao suprimento dos combustíveis nucleares, e a produção por elemento separador é diminuta, utiliza-se industrialmente o acoplamento de inúmeros elementos separadores em paralelo, formando a configuração conhecida como “estágio de separação”. Analogamente, como o efeito de separação em cada estágio é pequeno, o incremento no teor de enriquecimento do fluxo enriquecido é baixo, portanto, há necessidade de interligar os estágios em série, formando a configuração chamada “cascata”. Então, para se obter produtos com os teores desejados em escala industrial, conclui-se que uma usina de enriquecimento compreende inúmeras cascatas constituídas de elementos de separação isotópica interligados em série e paralelo, por meio de tubulações referentes aos fluxos de urânio de alimentação e retirada de urânioenriquecido e empobrecido.

Esquema

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