Apresentação da Seção Especial sobre Energia Nuclear

Alves Filho, Hermes

Silva, Fernando Carvalho

Portuguese

Universidade Federal do Rio Grande (FURG): Portal de Periódicos Científicos

VETORSeção Especial sobre Energia Nuclear –ApresentaçãoHermes Alves Filho1, Fernando Carvalho da Silva1,21Instituto Politécnico (IPRJ), Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, Brasil2Programa de Engenharia Nuclear/COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, BrasilCom a descoberta do nêutron, na década de 1930, um novo ramo de estudos em relação à ciência de partículas foidesenvolvido e aprimorado com o passar dos anos. As partículas neutras foram utilizadas por causar diferentes tiposde transmutações nucleares, e.g., conversão de um elemento químico ou um isótopo em outro elemento. Logo apósesta descoberta, tivemos o aparecimento da ssão nuclear, que funcionou como um catalisador para uma crescenteera nuclear.Os nêutrons são partículas nucleares eletricamente neutras, que têm aproximadamente a mesmamassa dos pró-tons. Por sua neutralidade elétrica, podem penetrar mais facilmente em um átomo e interagir com seu núcleo,por meio de ações de espalhamento ou absorção. Por este motivo, atualmente, modelos matemáticos e aplicativoscomputacionais avançados são desenvolvidos com o objetivo de prever a distribuição de nêutrons em um domínioespacial, para que dessa forma seja possível projetar a proteção de um ambiente pela blindagem dessas partículas,ou, então, a distribuição de potência de um reator nuclear.Uma usina nuclear na Bélgica.Photo by Nicolas HIPPERT on UnsplashSomam-se a isso os atuais problemas energéticose ambientais, como as mudanças climáticas drásticas,surgindo assim a necessidade de pesquisas e investi-mentos em fontes de energia “limpas” e economica-mente rentáveis, como uma das formas de resolver oproblema do aquecimento climático do planeta e revi-são damatriz energética usada até agora. As energias re-nováveis (eólica, solar, biomassa, maremotriz etc.) sãoapresentadas como a solução do problema energéticofuturo, mas atualmente esses tipos de fontes de energianão estão ainda disponíveis para assumir uma grandepercentagem da geração de energia global, essencial-mente por problemas de custos relativamente elevados.No contexto global, a busca por novas tecnologiase alternativas para produção de energia é incessante.Para atingir as metas e acelerar o crescimento nacional,o Brasil necessita investir fortemente na geração de re-cursos humanos e no desenvolvimento de alternativaspara geração de energia. Para que tenhamos, num fu-turo próximo, uma populaçãomais equilibrada no que diz respeito ao acesso às necessidades básicas e ummaior graude desenvolvimento com responsabilidade pelo nosso planeta, é preciso suprir as necessidades energéticas crescen-tes dos nossos parques industriais. Deve-se gerar empregos e reduzir o nível de pobreza da população. É necessárioprocurar por novas tecnologias que possam materializar-se em uma melhoria signicativa da qualidade de vida doscidadãos brasileiros.No Brasil, grande parte dos recursos hídricos ainda se encontra por explorar; porém, devido à sua enorme ex-tensão territorial e às grandes distâncias dos potenciais hídricos aos grandes centros urbanos, os investimentos emsistemas de transmissão de energia elétrica tornam-se custosos, i.e., as perdas durante as transmissões são signi-Vetor, Rio Grande, vol. 31, no. 1, pp. 50-52, 2021 50Seção Especial Energia Nuclear Alves Filho e Silvacativas e a manutenção onerosa. Para acelerar o crescimento – mantendo um balanço positivo entre a produção e ademanda energética – é preciso diversicar, buscar alternativas para produção de energia que atendam as necessi-dades dos parques industriais crescentes e que garantam também a preservação ambiental.Entre os setores produtores de energia, o setor nuclear vem tendo uma participação bastante positiva no balançoenergético do país. Hoje, o desenvolvimento de conhecimento cientíco na área da Engenharia Nuclear tem grandeimportância não apenas no contexto da produção de energia elétrica, mas também no contexto das vastas aplicaçõesde grande relevância no cenário nacional, e.g., na produção de fármacos, na medicina, na agronomia, na genética,na arqueologia e na aeronáutica.Neste cenário, armamos que a geração de energia elétrica oriunda de usinas nucleares tem se tornado, com opassar dos anos, uma alternativa plenamente viável. Este fato deve-se a três fatores principais:• a exposição do meio ambiente à radiação gerada em usinas nucleares é muito mais baixa do que aquela cau-sada pelo espectro de outras fontes articiais, sendo apenas cerca de 1% da exposição proveniente de radiaçãonatural. Considerando que as usinas nucleares em operação normal não exercem impacto negativo signica-tivo sobre o meio ambiente, pois não emitem poluentes químicos, nem queimam combustíveis fósseis, elasse incluem entre as centrais termoelétricas mais aceitáveis do ponto de vista ecológico durante a operação.Deve ser ressaltado, neste ponto, que uma preocupação mundial atual relaciona-se com o fenômeno do aque-cimento global, que tem gerado muitos prejuízos econômicos em vários países do mundo, principalmente nospaíses desenvolvidos ou em desenvolvimento (considerados emergentes). Iniciativas internacionais, como oTratado de Kioto, procuram reduzir tais emissões pelos países signatários, visando minimizar a possibilidadede alterações climáticas de consequências econômicas e sociais catastrócas;• o conteúdo energético de umquilograma de combustível nuclear émuitas vezesmaior do que aquele damesmamassa de carvão ou óleo combustível. Um combustível nuclear contendo 3,1% de urânio físsil (U-235), porexemplo, produz, aproximadamente, 80.000 vezes a energia produzida pela mesma quantidade de carvão mi-neral. O baixo consumo de combustível nos reatores nucleares, em termos de massa, signica que os custosde combustível representam apenas cerca de uma quarta parte dos custos totais de geração. Consequente-mente, os custos de geração de energia elétrica das usinas nucleares são relativamente pouco inuenciadospelos aumentos do preço do combustível nuclear;• os reatores nucleares a água pressurizada (PWR), e.g., Angra I, Angra II e futuramenteAngra III, distinguem-sepor sua elevada conabilidade operacional, conforme demonstram os dados disponíveis das usinas nuclearesem operação. As extraordinárias características de segurança consideradas no projeto dos reatores PWR, autilização de peças e componentes que foram experimentados e aprovados em operação durante muitos anose a minuciosa garantia da qualidade aplicada mediante múltiplos e distintos procedimentos de ensaios, são asprincipais razões para sua conabilidade e disponibilidade elevadas.Segundo o Plano Nacional de Energia 2030 (PNE-2030) haveria a necessidade de construção no Brasil de pelomenos mais quatro usinas nucleares nos próximos anos, mesmo contando com o funcionamento de Angra 3.Existe a possibilidade de construção de até oito novas usinas, com capacidade de gerar 1.000 MW elétricos porcentral construída. Com isso, a participação da energia nuclear na matriz energética nacional poderá atingirum patamar expressivo de 5,6%. Outro dado de importância é que o Brasil possui a sexta maior reserva deurânio do mundo, com somente um terço do seu manancial explorado e, além disso, conhecemos a tecnologiado ciclo do combustível, o que torna possível a auto-suciência na produção do próprio combustível nuclear.Podemos armar que dos avanços na ciência nuclear no século XX, a energia nuclear veio como uma alterna-tiva energética viável aos combustíveis fósseis já utilizados desde o início da prospecção do petróleo, podendotambém ser aplicada em diversas áreas do conhecimento, podendo ser citadas:1. Esterilização;2. Conservação de Alimentos;3. Aplicação na Indústria;4. Ensaios Não-Destrutivos;5. Segurança Pública (neutrongraa);6. Medicina Nuclear (imagens, diagnósticos e terapias).Por isso, pode-se armar que tanto a energia contida nos núcleos dos átomos quanto a radiação que alguns destesnúcleos atômicos emitem podem ser úteis para a humanidade; basta que saibamos utilizá-las com responsabilidadee atenção.Vetor, Rio Grande, vol. 31, no. 1, pp. 50-52, 2021 51Seção Especial Energia Nuclear Alves Filho e SilvaTendo em conta o cenário descrito, consideramosmuito importante a publicação de uma Seção Especial dedicadaà Energia Nuclear na Vetor – Revista de Ciências Exatas e Engenharias. Tal Seção contempla estudos de diversas ins-tituições do Brasil e do exterior, que por sua vez abordam uma série de aspectos importantes relacionados à EnergiaNuclear.No trabalhado intitulado “Testes de aderência aplicados à distribuição da profundidade de trinca em tubos dogerador de vapor de uma planta nuclear PWR”, Francisco e Simões avaliam um modelo de distribuição de probabi-lidade que melhor se ajustou à profundidade das trincas detectadas na inspeção periódica em tubos do gerador devapor numa planta nuclear do tipo PWR (Pressurized Water Reactor).AcostaMartínez et al., em “Thermo-Hydraulic Simulation of AP1000 Nuclear Reactor Fuel Assembly”, analisamo comportamento termohidráulico de reatores PWR de terceira geração, empregando ummodelo computacional deuidodinâmica computacional, levando em consideração a interação nêutron-termohidráulica.No trabalho “Metodologia Espectro-Nodal Determinística para Cálculos de Blindagem de Nêutrons usando aEquação de Equação de Transporte Multigrupo Bidimensional na Formulação das Ordenadas Discretas (SN)”, Olivae Alves Filho apresentam os mais recentes resultados numéricos de uma abordagem nodal (malha grossa), que re-sultou no desenvolvimento de um novo método da classe dos espectro-nodais, na formulação determinística dasordenadas discretas (SN), aplicado no cálculo de transporte de nêutrons multigrupo, considerando problemas deblindagem (fonte-xa).Betancourt et al., no trabalho “Modelo Computacional Neutrônico Baseado no Código Serpent para a Simulaçãodo Núcleo de um Reator Nuclear do Tipo iPWR”, descrevem um modelo computacional neutrônico, baseado nocódigo Monte Carlo Serpent, para o projeto de um ciclo de combustível estendido de quatro anos, para reatoresintegrais de água pressurizada (iPWR).A aplicação de um método da classe dos espectronodais (malha grossa) na solução de problemas de blindagemde nêutrons em geometria unidimensional nas formulações de ordenadas discretas e multigrupo de energia foi apre-sentada por Libotte et al. em “Avanços Recentes na Aplicação de umMétodo Numérico Espectronodal para Soluçãode Problemas Unidimensionais de Blindagem de Nêutrons”.Finalmente, o trabalho de Kappel et al., intitulado “Novel Approaches on Reactor Core Design OptimizationProblem” aborda o emprego de diferentes metaheurísticas – como a Invasive Weed Optimization e aMany-ObjectiveEvolutionary Algorithm na otimização do projeto do núcleo de um reator, com auxílio do código Hammer.Esperamos, com a publicação dessa Seção Especial na Vetor, ter mostrado para a comunidade cientíca comoum todo a importância do investimento em pesquisa na área nuclear, que vem, com o passar do tempo, agregandoum vasto conhecimento e gerando energia mais limpa para o mundo do século XXI.Vetor, Rio Grande, vol. 31, no. 1, pp. 50-52, 2021 52

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