MINISTÉRIO DA DEFESA EXÉRCITO BRASILEIRO .1 ministÉrio da defesa exÉrcito brasileiro departamento

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    MINISTRIO DA DEFESA

    EXRCITO BRASILEIRO

    DEPARTAMENTO DE CINCIA E TECNOLOGIA

    INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

    CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA NUCLEAR

    ALINE ALVES OLIVEIRA

    REATOR RPIDO REGENERADOR INDEPENDENTE DE URNIO ENRIQUECIDO

    Rio de Janeiro

    2014

  • 1

    INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

    ALINE ALVES OLIVEIRA

    REATOR RPIDO REGENERADOR INDEPENDENTE DE URNIO ENRIQUECIDO

    Dissertao de Mestrado apresentada ao Curso de

    Mestrado em Engenharia Nuclear do Instituto Militar de

    Engenharia, como requisito parcial para a obteno do

    ttulo de Mestre em Cincias em Engenharia Nuclear.

    Orientador: Prof. Sergio de Oliveira Vellozo D.C.

    Rio de Janeiro

    2014

  • 2

    C 2014

    INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

    Praa General Tibrcio, 80 Praia Vermelha

    Rio de Janeiro RJ CEP: 22290-270

    Este exemplar propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poder inclu-lo em

    base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer forma de

    arquivamento.

    permitida a meno, a reproduo parcial ou integral e a transmisso entre bibliotecas

    deste trabalho, sem modificao de seu texto, em qualquer meio que esteja ou venha a ser

    fixado, para pesquisa acadmica, comentrios e citaes, desde que no tenha finalidade

    comercial e que seja feita a referncia bibliogrfica completa.

    Os conceitos expressos neste trabalho so de responsabilidade do autor e do orientador.

    Oliveira, Aline Alves Oliveira.

    Reator rpido regenerador independente de urnio enriquecido / Aline Alves Oliveira; orientado por Sergio de Oliveira Vellozo. Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2014. 92 p. : il Dissertao (mestrado) Instituto Militar de Engenharia Rio de Janeiro, 2014. 1. Engenharia Nuclear teses e dissertaes 2. Energia nuclear. 3. Reator I. Vellozo, Sergio de Oliveira II. Ttulo. III. Instituto Militar de Engenharia.

    621.48

    O48r

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    INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

    ALINE ALVES OLIVEIRA

    REATOR RPIDO REGENERADOR INDEPENDENTE DE URNIO ENRIQUECIDO

    Dissertao de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia Nuclear do

    Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para obteno do ttulo de Mestre em

    Cincias em Engenharia Nuclear.

    Orientador: Prof. Sergio de Oliveira Vellozo D.C.

    Aprovada em 20 de Maro de 2014, pela seguinte Banca Examinadora:

    _________________________________________________________________ Prof. Sergio de Oliveira Vellozo D.C. do IME Presidente

    _________________________________________________________________

    Prof. Maj. Joo Claudio Batista Fiel D.C. do IME

    _________________________________________________________________ Prof. T.C. Wilson Freitas Rebello da Silva Junior D.C. da UERJ

    _________________________________________________________________

    Prof. Ronaldo Glicrio Cabral Ph.D. do IME

    _________________________________________________________________ Prof. Zieli Dutra Thom Filho D.C. Colaborador do IME

    _________________________________________________________________

    Prof. Hlio de Carvalho Vital Ph.D. do CTEx

    _________________________________________________________________ Prof. Maria da Conceio Michyo Koide D.C. da CNEN

    Rio de Janeiro

    2014

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    Aos meus pais Eduardo e Valdelice, exemplos de

    perseverana.

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    AGRADECIMENTOS

    Agradeo aos meus pais, Eduardo e Valdelice pelo apoio e amor em todos os meus anos

    de vida. Cada um de seus atos foi uma oportunidade que eu tive para crescer e me tornar o

    que sou.

    Aos professores pelo tempo e pacincia a mim dedicados e pelo esprito crtico o qual

    espero, pelo menos em parte, ter adquirido.

    Aos meus queridos amigos do curso, quero agradecer os grandes momentos de alegria e

    tambm as maratonas de estudos, to desgastantes, mas, to necessrias para a nossa

    formao.

    Aos meus amigos Jackes, Jefferson, Mateus e Suzana, pelos momentos alegres e o

    ombro amigo quando a ansiedade surgia.

    Ao Instituto Militar de Engenharia, pela oportunidade.

    CAPES, pelo apoio financeiro.

    Agradeo especialmente ao professor Srgio Vellozo pela orientao, no somente pela

    sua dedicao e apoio, que foram essenciais para que este trabalho fosse realizado, mas

    tambm pelo seu entusiasmo e amor pelo conhecimento cientfico que me encorajou a

    continuar no caminho acadmico.

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    Toda a nossa cincia, comparada com a realidade, primitiva e infantil - e, no entanto, a coisa mais preciosa que temos.

    ALBERT EINSTEIN

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    SUMRIO

    LISTAS DE ILUSTRAES .................................................................................................... 9

    LISTA DE TABELAS ............................................................................................................ 11

    1. INTRODUO ..................................................................................................... 15

    1.1 Objetivos ............................................................................................................................... 18

    2. FUNDAMENTAO TERICA ............................................................................... 20

    2.1 Fisso Nuclear Induzida ......................................................................................................... 20 2.2 Seo de Choque ................................................................................................................... 21 2.3 Espectro de Energia dos Nutrons ........................................................................................ 22 2.4 Material Fssil e Material Frtil .............................................................................................. 23 2.5 Fator de Multiplicao e Reatividade .................................................................................... 24 2.5.1 Sistema Crtico, Subcrtico e Supercrtico .............................................................................. 25 2.5.2 Reatividade ............................................................................................................................ 26 2.6 Coeficientes de Reatividade .................................................................................................. 26 2.6.1 Coeficiente Global de Temperatura ....................................................................................... 26 2.6.2 Coeficiente de Vazios ............................................................................................................. 27 2.7 A Possibilidade de Regenerao ............................................................................................ 28 2.8 Converso e Regenerao ..................................................................................................... 30 2.9 Reatores Rpidos Regeneradores ......................................................................................... 32 2.9.1 Estrutura Tpica ...................................................................................................................... 32 2.9.2 Escolhendo os Materiais ........................................................................................................ 35

    3. METODOLOGIA................................................................................................... 38

    3.1 Reator Joyo como Ponto de Partida ...................................................................................... 38 3.2 O Cdigo Scale ....................................................................................................................... 40 3.2.1 Keno VI para o Desenvolvimento do Projeto ......................................................................... 40 3.2.2 Triton Para o Clculo da Queima ........................................................................................... 41 3.3 Modelando o Elemento Combustvel .................................................................................... 41 3.4 Diferentes Bibliotecas de Seo de Choque .......................................................................... 45 3.5 Construindo o Ncleo ............................................................................................................ 45 3.6 Alterando a Composio Do Combustvel ............................................................................. 46 3.7 Alterando o Revestimento .................................................................................................... 47 3.8 Descrevendo os Componentes do Reator ............................................................................. 47 3.8.1 Materiais Envolvidos .............................................................................................................. 47 3.8.2 Dimenses .............................................................................................................................. 51 3.9 Influncia do Envoltrio Frtil no Fator de Multiplicao ..................................................... 55 3.10 Calibrao das Barras e o Mtodo de Queda ........................................................................ 55

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    3.11 Posies Estratgicas das Barras Absorvedoras .................................................................... 56 3.12 Coeficiente de Temperatura ................................................................................................. 57 3.13 Coeficiente de Vazios ............................................................................................................ 58 3.14