Divisão de Energia Nuclear ENU. Dr. Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães VII WAI 28 de Maio de 2007

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1 Divisão de Energia Nuclear ENU Dr. Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães VII WAI 28 de Maio de 2007

2 Roteiro Divisão de Energia Nuclear Realizações da ENU Trabalhos Recentes da ENU Pesquisa Nuclear Aplicada Visão Prospectiva Espacial Aspectos da PNE Recursos Humanos Necessidade Estratégica Observações Finais Encontro Histórico

3 Divisão de Energia Nuclear Atribuição da ENU: À Divisão de Energia Nuclear compete realizar pesquisa e desenvolvimento em geração e aplicações da energia nuclear. Regulamento do IEAv

4 Subdivisões da ENU Blindagem e Neutrônica (ENU-B) Transferência de Calor e Materiais (ENU-T) Dados Nucleares (ENU-D)

5 Subdivisão de Blindagem e Neutrônica Pesquisa e desenvolvimento nas áreas de blindagem de radiação e neutrônica. Aplicações: Análise e projeto de núcleo de reatores nucleares; Propulsão nuclear espacial e naval; Desenvolvimento, validação e aplicação de métodos computacionais; Estudo e avaliação dos efeitos da radiação espacial em componentes de sistemas aviônicos e eletrônicos em geral; e Avaliação de danos de radiação, detecção de substâncias ilícitas e projeto de abrigos nucleares.

6 Subdivisão de Transferência de Calor e Materiais Pesquisa e desenvolvimento nas áreas de transferência de calor, mecânica dos fluidos e materiais. Aplicações: Projeto termoidráulico de reatores nucleares; Análise de segurança de reatores; Análise dinâmica e controle de sistemas nucleares; Análise térmica de satélites; Tubos de calor; Propulsão nuclear espacial; Inteligência artificial; e BARRAS DE COMBUSTÍVEL Sinterização via LASER de materiais para aplicação aeroespacial. CANAL DE ESCOAMENTO

7 Subdivisão de Dados Nucleares Pesquisa e desenvolvimento em: Dados nucleares; Teoria e modelos nucleares; Métodos de processamento de dados nucleares; e Transporte de nêutrons. Aplicações: Consultoria e assessoria na utilização de bibliotecas de dados nucleares; e Avaliação de dados nucleares aplicados na medicina.

8 Realizações da ENU Programa Amazonas (3000 MW, rápido); Reator RESPA (1 kw, rápido); e Reator REARA (60 MW, rápido).

9 Projeto Amazonas Período: 1979 a 1991; Objetivo: Selecionar tipo e programa de desenvolvimento de reator rápido mais adequado para o Brasil; Reator regenerador rápido iniciado com urânio enriquecido. Uso do ciclo do tório na região interna do núcleo; e Foram feitos pré-projetos de núcleos de 40, 1000 e 3000 MWt.

10 Reator RESPA Período de 1988 a 1992; Reator Espacial; Objetivo: Estudo da viabilidade de uso de energia nuclear no espaço para produção de energia elétrica; Acompanhou-se o conceito do reator americano SP-100; Potência escolhida para o reator: 1 kw; e Iniciaram-se os estudos de tubos de calor e bomba eletromagnética.

11 Projeto REARA Período 1992 a 1999; Pedido da SAE Secretaria de Assuntos Estratégicos; Programa teria amplitude nacional; Reator Rápido experimental de 60 MWt, do tipo piscina; Combustível metálico U-10Zr; Conceito desenvolvido com características de segurança inerente e passiva; e Seria o reator brasileiro de 4ª geração.

12 Razões de Encerramento dos Projetos Encerramento de financiamento; Mudança de interesse Institucional; Objetivos parciais atingidos, etapa seguinte requeria grande aporte financeiro, o qual inexistia; Falta de programa nacional de P&D; e Crise no setor Nuclear.

13 Trabalhos Recentes da ENU Desenvolvimento de propulsão nuclear naval colaboração com o CTMSP. Cálculos de criticalidade e termoidráulica de combustível de reator: tipo vareta; e tipo placa.

14 Trabalhos Recentes da ENU Junção cerâmica metal com técnica de filme espesso GTR Módulo conversor termoelétrico.

15 Trabalhos Recentes da ENU Cálculos de Neutrônica Sistema computacional para melhoria de estimativa da massa de actinídeos e produtos de fissão obtidos na queima de combustíveis nucleares. Programa em fase de testes de consistência.

16 Trabalhos Recentes da ENU Laboratório de Análises dos Efeitos da Radiação Experimento de irradiação de fibra óptica com radiação Gama Resultados em fase de análise

17 Outras Contribuições da ENU Técnicas de construção de abrigos nucleares (nucleares, químicos e biológicos). Aplicações da radiação para monitoração de aerossóis. Projeto FINEP de infra estrutura do IEAv. Novo prédio da EFO, em fase de acabamento. (R$ ,00) Segundo ramo de rede de fibra ótica do IEAv. (R$ ,00) Pesquisa dos procedimentos, técnicas e métodos para avaliar o risco de colisão envolvendo aeronaves que operam no espaço aéreo das regiões do Caribe e América do Sul, tendo em vista a monitoração do desempenho do sistema que assegure a segurança permanente pós-implementação do RVSM para 1000 pés.

18 Pesquisa Nuclear Aplicada da ENU Programa TERRA TEcnologia de Reatores Rápidos Avançados Apresentado ao MCT e ao MD (03/05/2007) Apresentado a CNEN e a INB (17/05/2007) Visitas planejadas a ELETRONUCLEAR e a NUCLEP

19 Pesquisa Nuclear Aplicada da ENU Objetivo de longo prazo: pesquisar as tecnologias-chave de reatores rápidos avançados. Objetivo de médio prazo: estabelecer conceitos de reator rápido modular de pequeno porte, para gerar energia elétrica em localidades isoladas e situações inóspitas. Objetivos de curto prazo: 1. Construir um circuito térmico a gás, do tipo Brayton, afim de avaliar a tecnologia de ciclos térmicos para a geração de energia elétrica, extração de calor de fonte quente e rejeição de calor para fonte fria; 2. Construir tubos de calor afim de avaliar o seu desempenho em função da tecnologia usada e de seus arranjos; 3. Acoplar o ciclo térmico Brayton com um arranjo de tubos de calor; 4. Identificar os tipos de combustível nuclear, enriquecimentos e formas geométricas de núcleos de reatores rápidos de pequeno porte; e 5. Identificar as necessidades de P&D de um sistema de geração elétrica baseado em um reator rápido de pequeno porte.

20 Recursos financeiros. Descrição Ano 1 Ano 2 Ano 3 Ano 4 Parcial/ati vidade Tubos de calor Ciclo térmico Brayton Avaliação Computacional Recursos Humanos Total

21 Vantagens da TERRA Do ponto de vista tecnológico a realização destes quatro anos de trabalho abre o caminho para: obter um reator nuclear de pequeno porte; e permitir o desenvolvimento da tecnologia de uso pacífico de materiais físseis altamente enriquecidos. No longo prazo: projetar e construir um reator nuclear que sirva tanto para uso em regiões do País desprovidas de malha elétrica como para a propulsão espacial; e este último permitirá todo um ramo novo de exploração espacial. Além destes produtos de grande escala encontram-se os dividendos tecnológicos, tais como: o uso de ciclos Brayton para geração de quantidades estratégicas de energia para postos avançados ou locais de desastres naturais; o desenvolvimento de tecnologias necessárias a construção e operação segura de sistemas que utilizem altas temperaturas; tecnologia de novos materiais; estudos experimentais para a produção de hidrogênio em larga escala; e etc

22 Vantagens da TERRA O programa TERRA terá os seus quatro primeiros anos transformados em projeto, em breve. Algumas atividades já foram iniciadas. No entanto, o projeto só sai do papel com entrada de recursos. Este projeto deve abrir caminho para outras áreas de trabalho da ENU no futuro fundo transversal para energia nuclear, que está sendo criado. Deste fundo sairia também recursos para o processo de enriquecimento a LASER. Nenhuma atividade da ENU será parada em função do esquentamento da TERRA. Ao contrário, espera-se que a ENU se envolva com parceiros da indústria na área de PWR.

23 Avaliação Computacional de Núcleos de Reatores Rápidos Laboratório Computacional de Tecnologia Nuclear Definição de opções para o estabelecimento de conceitos de: Núcleo do reator; Tipo de combustível; Enriquecimento e geometria; Níveis de potência desejados; Blindagens; e Controle de reatividade. Recursos computacionais adequados para o início desta avaliação existem no Laboratório de Engenharia Virtual (ENU + EFA).

24 Laboratório de Ciclos Térmicos Ciclo Térmico baseado no NOELLE

25 Laboratório de Ciclos Térmicos NOELLE Localizado na sala STA-108. Ciclo Brayton fechado será montado na sala STA-15. Extensão pedida no Infra FINEP para STA-15.

26 Laboratório de Ciclos Térmicos Desmontagem da NOELLE

27 Laboratório de Ciclos Térmicos Visão tri-dimensional do re-desenho da NOELLE 60290, sem o recuperador.

28 Laboratório de Ciclos Térmicos NOELLE 60290, inclusão do recuperador de calor

29 Laboratório de Tubos de Calor Viviane R. T. Ribeiro Hirdes OD = 12,7 e 25 mm; Alumínio; malha de inox 316L; fluido acetona. Potência nominal = 70 e 140 W a 40 o C. Sistema de aquisição de dados. Colaboração com o Dr. Roger Riehl INPE. Localizado na sala STA-108.

30 Visão Prospectiva Espacial The Navigation of the Solar System requires for its successful accomplishment on the disintegration of atomic matter. Robert H. Goddard,1907.

31 Preliminares para o Estabelecimento de um Programa de Propulsão Nuclear Espacial.

32 Aspectos da Propulsão Nuclear Espacial Realizar navegação no espaço sideral significa: Ter a capacidade de buscar materiais essenciais no espaço que ajudem ao homem a viver do próprio espaço; Utilizar a tecnologia de propulsão nuclear espacial para a construção de um rebocador autônomo de satélites e carga; Aproveitar os subprodutos advindos deste desenvolvimento; e Garantir fontes de materiais estratégicos existentes no espaço profundo. O reator espacial é um reator rápido de pequeno porte.

33 Recursos Humanos A maior parte dos pesquisadores da ENU já passou de 20 anos de serviços. Espera-se concurso público, em breve, para contratação de mão de obra mais jovem para a manutenção e criação de novas capacitações. O Programa TERRA prevê recursos financeiros para treinamento e formação de recursos humanos: bolsas DTI, TGs, Mestrado e Doutorado. Necessidade de um curso: grandes expectativas da Engenharia Espacial (Presidente da AEB, aula Magna em 2006) no ITA.

34 Necessidade Estratégica Atual Considerando que: O Nuclear Suppliers Group - NSG compartimentou a área nuclear no mundo, em sub-áreas. Exemplos de sub-áreas da nuclear: Enriquecimento, o Brasil faz parte; e Reprocessamento, o Brasil não faz parte. Aqueles que não fazem parte de uma sub-área enfrentam sérias barreiras a aquisição da tecnologia respectiva; e A sub-área da propulsão nuclear espacial ainda está aberta. Fatos apresentados ao Ministro do MD em agosto de 2006, confirmado por fontes do MD em maio O esforço para que o Brasil torne-se parte desta subárea já começou.

35 Observações Finais A ENU tem capacitação técnica para definir conceitos de reatores rápidos e está fazendo uso desta capacitação para se re-inserir no contexto de P&D nuclear Nacional. A ENU tem assessorado tecnicamente o MD, o ComAer e o CTA em temas de interesse. A ENU quer participar na composição do grupo que vai decidir sobre aplicação dos recursos do fundo transversal da área nuclear, a ser criado. A participação do IEAv, na área nuclear, se manterá em P&D e no assessoramento ao MD e a indústria quando requisitada. Estudos realizados na ENU indicam que o reator rápido é um complemento ideal ao programa de reatores PWR existente no Brasil, a idéia fica mais atraente a medida que o governo Brasileiro se prepara para aumentar o número de PWRs funcionando no Brasil (ANGRA III, reator naval e pelo menos outros 8 reatores). A ENU está ativamente em busca de recursos financeiros e humanos.

36 A Divisão de Energia Nuclear

37 Encontro Histórico Santos Dumont com Álvaro Alberto, em 12 de novembro de 1918 Este encontro é mais do que uma casualidade histórica, é o marco zero da propulsão nuclear espacial brasileira. (de João Carlos Vitor Garcia, Álvaro Alberto A Ciência do Brasil)

38 /usr/people/jafer/ean/medva2.dgn Oct. 19, :28:43 Um dia, quem sabe??!!! Muito Obrigado! Boa Tarde à Todos!

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