Chumbo-bismuto eutético - Lead-bismuth eutectic
Chumbo-Bismuto Eutético ou LBE é uma liga eutética de chumbo (44,5 a%) e bismuto (55,5 a%) usada como refrigerante em alguns reatores nucleares e é um refrigerante proposto para o reator rápido refrigerado a chumbo , parte da Geração Iniciativa do reator IV . Tem um ponto de fusão de 123,5 ° C / 255,3 ° F (o chumbo puro funde a 327 ° C / 621 ° F, o bismuto puro a 271 ° C / 520 ° F) e um ponto de ebulição de 1.670 ° C / 3.038 ° F.
As ligas de chumbo-bismuto com entre 30% e 75% de bismuto têm pontos de fusão abaixo de 200 ° C / 392 ° F. Ligas com entre 48% e 63% de bismuto têm pontos de fusão abaixo de 150 ° C / 302 ° F. Enquanto o chumbo se expande ligeiramente com o derretimento e o bismuto se contrai ligeiramente com o derretimento, o LBE tem uma mudança insignificante no volume com o derretimento.
História
Os submarinos soviéticos da classe Alfa usaram LBE como refrigerante para seus reatores nucleares durante a Guerra Fria .
Os russos são os especialistas reconhecidos em reatores refrigerados a chumbo-bismuto, com OKB Gidropress (os desenvolvedores russos dos reatores de água leve do tipo VVER ) tendo especialização em seu desenvolvimento. O SVBR-75/100, um design moderno desse tipo, é um exemplo da vasta experiência russa com essa tecnologia.
Gen4 Energy (anteriormente Hyperion Power Generation ), uma empresa dos Estados Unidos ligada ao Laboratório Nacional de Los Alamos , anunciou planos em 2008 para projetar e implantar um pequeno reator modular alimentado por nitreto de urânio resfriado por chumbo-bismuto eutético para geração de energia comercial, aquecimento urbano e dessalinização . O reator proposto, denominado Módulo Gen4, é planejado como um reator de 70 MW th do tipo modular selado, montado na fábrica e transportado até o local para instalação e transportado de volta à fábrica para reabastecimento.
Vantagens
Em comparação com os refrigerantes de metal líquido à base de sódio, como o sódio líquido ou NaK , os refrigerantes à base de chumbo têm pontos de ebulição significativamente mais altos , o que significa que um reator pode ser operado sem risco de ebulição do refrigerante em temperaturas muito mais altas. Isso melhora a eficiência térmica e pode permitir a produção de hidrogênio por meio de processos termoquímicos.
O chumbo e o LBE também não reagem prontamente com a água ou o ar, em contraste com o sódio e o NaK, que se inflamam espontaneamente no ar e reagem de forma explosiva com a água. Isso significa que os reatores resfriados com chumbo ou LBE, ao contrário dos projetos resfriados com sódio, não precisariam de um circuito intermediário de refrigeração, o que reduz o investimento de capital necessário para uma planta.
O chumbo e o bismuto também são um excelente escudo de radiação , bloqueando a radiação gama e, ao mesmo tempo, sendo virtualmente transparentes aos nêutrons . Em contraste, o sódio formará o potente emissor gama de sódio-24 ( meia-vida de 15 horas) após intensa radiação de nêutrons , exigindo um grande escudo de radiação para o circuito de resfriamento primário.
Como núcleos pesados, o chumbo e o bismuto podem ser usados como alvos de fragmentação para a produção de nêutrons sem fissão, como no Acelerador de Transmutação de Resíduos (ver amplificador de energia ).
Ambos os refrigerantes à base de chumbo e sódio têm a vantagem de pontos de ebulição relativamente altos em comparação com a água, o que significa que não é necessário pressurizar o reator mesmo em altas temperaturas. Isso melhora a segurança, pois reduz drasticamente a probabilidade de perda de um acidente com líquido de arrefecimento e permite projetos com segurança passiva .
Limitações
Os refrigerantes de chumbo e LBE são mais corrosivos para o aço do que o sódio, e isso coloca um limite superior na velocidade do fluxo do refrigerante através do reator devido a considerações de segurança. Além disso, os pontos de fusão mais elevados de chumbo e LBE (327 ° C e 123,5 ° C, respectivamente) podem significar que a solidificação do refrigerante pode ser um problema maior quando o reator é operado em temperaturas mais baixas.
Finalmente, após a radiação de nêutrons o bismuto-209 , o principal isótopo estável do bismuto presente no refrigerante LBE, sofre captura de nêutrons e subsequente decaimento beta , formando polônio-210 , um potente emissor alfa . A presença de polônio radioativo no refrigerante exigiria precauções especiais para controlar a contaminação alfa durante o reabastecimento do reator e o manuseio de componentes em contato com o LBE.
Veja também
- Reator subcrítico (sistema acionado por acelerador)