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Sep 29, 2023

DOE: Protótipo de microrreator MARVEL instalado, preparando-se para testes

Um protótipo aquecido eletricamente em escala real do Departamento de Energia (DOE)

Um protótipo aquecido eletricamente em escala real do microrreator nuclear MARVEL de 100 kW do Departamento de Energia (DOE) foi instalado com sucesso em uma instalação em New Freedom, Pensilvânia, e está se preparando para testes.

O Laboratório Nacional de Idaho (INL) fabricou o protótipo não nuclear em escala real - conhecido como teste de aparelho de refrigeração primária (PCAT) - em janeiro de 2022 em nove meses. O PCAT foi então carregado em um caminhão e transportado do Complexo de Materiais e Combustíveis (MFC) do INL em Idaho Falls para uma instalação de fabricação de propriedade da empresa de engenharia especializada Creative Engineers Inc. (CEI) na Pensilvânia. A instalação do protótipo em uma estrutura de dois andares já foi concluída, disse o DOE em 22 de maio.

O PCAT, que mede 3,6 metros de altura e pesa cerca de 2.000 libras, é uma etapa de desenvolvimento significativa no projeto de validação e avaliação de pesquisa de aplicações de microrreatores (MARVEL) do DOE, lançado em abril de 2021. Liderado pelo INL, o principal objetivo do projeto MARVEL é construir e operar com segurança um reator resfriado a sódio-potássio de 100 kW nas instalações de teste de reator transitório (TREAT) do INL. A MARVEL está a caminho de começar a operar no TREAT até o final de 2024.

"Quando o reator MARVEL entrar em operação no próximo ano civil, terá se passado 50 anos desde que operamos um novo reator neste local", disse o diretor do INL, Dr. John Wagner, ao POWER durante uma visita ao local do INL em abril. “O que estamos falando aqui é histórico nos EUA e urgente em termos de demanda por energia limpa”.

O MARVEL, um reator de fissão térmica, usará um combustível de hidreto de urânio e zircônio (U-ZrHx) (contendo 30-40% em peso de urânio enriquecido com 19,75% de U235). O combustível é baseado em um conhecido material combustível de Treinamento, Pesquisa, Isótopos, Atômica Geral (TRIGA). A INL pretende fabricar o combustível usando estoques de matéria-prima de urânio. Se o INL não puder fabricar o combustível, a TRIGA International fabricará combustível para o microrreator a partir de matéria-prima de propriedade do DOE armazenada no INL, sugere uma avaliação ambiental final, emitida em junho de 2021.

O reator empregará circulação natural, usando eutético sódio-potássio como fluido de transferência de calor. Ele operará em temperaturas entre 500C a 550C e utilizará motores Stirling disponíveis no mercado para converter energia térmica para cerca de 20 kWe. O DOE sugere que o núcleo do sistema foi projetado para operar continuamente por dois anos, mas o reator provavelmente será ligado e desligado várias vezes durante sua vida útil para atender às necessidades de pesquisa.

O PCAT, por sua vez, é um protótipo em escala real que será alimentado por uma fonte de alimentação elétrica externa em vez de fissão, e que servirá para coletar dados cruciais sobre as temperaturas do sistema e o fluxo de refrigerante. De acordo com o DOE, as informações garantirão a precisão das ferramentas de modelagem e simulação da MARVEL, o que é "uma etapa importante para garantir que o reator funcione conforme o esperado", disse a agência.

O esforço é voltado para fornecer mais certeza de que o reator final funcionará com um alto grau de confiabilidade e confiança. observou Yasir Arafat, chefe de design e líder de projeto da MARVEL. "A validação de nossos modelos físicos é fundamental para a garantia da qualidade nuclear de qualquer novo projeto de desenvolvimento de reator", disse Arafat. "O PCAT gerará esses dados inéditos para validar nossas ferramentas de simulação termo-hidráulica e quantificar a incerteza para reatores térmicos de metal líquido, como o MARVEL."

De acordo com o DOE, os testes do PCAT podem começar "já em julho". O PCAT "provavelmente permanecerá no CEI até que a operação da MARVEL comece a fornecer mais simulações e testes", observou a agência. Assim que o microrreator MARVEL estiver ativo conforme previsto em 2024, o PCAT poderá ser devolvido ao INL para ser usado em pesquisas adicionais para ajudar no avanço das tecnologias de microrreator, acrescentou a agência.

O desenvolvimento da MARVEL está progredindo notavelmente ao lado do Projeto Pele, o projeto estratégico do Departamento de Defesa para desenvolver uma tecnologia de microrreator móvel, com um protótipo definido para ser demonstrado no INL até 2024. Projeto Pele, um "protótipo único" projetado para fornecer 1 MWe para 5 MWe para um mínimo de três anos de operação com potência total, será um reator de gás de alta temperatura que usará combustível de urânio enriquecido de baixo teor de alto ensaio (HALEU) isotrópico triestrutural (TRISO).