Cientistas da EPFL desenvolveram e testaram um novo método de ruído gama para monitorar reatores nucleares de forma não invasiva e à distância. O novo método, testado no reator nuclear CROCUS da EPFL, pode melhorar a segurança nuclear e o cumprimento do tratado.
A monitorização dos reactores nucleares em todo o mundo para garantir que cumprem os tratados internacionais é essencial para a segurança. Mas embora os actuais métodos de monitorização sejam eficazes, envolvem frequentemente procedimentos invasivos que podem perturbar as operações dos reactores ou representar riscos de segurança.
Além disso, a tecnologia nuclear está em constante evolução, criando novos desafios para a monitorização nuclear. Por exemplo, pequenos reatores modulares (SMRs) são compactos e frequentemente instalados em locais remotos, enquanto os métodos convencionais de monitoramento são projetados principalmente para instalações maiores e podem não ser suficientemente adaptáveis ou sensíveis ao funcionamento dos SMRs.
Agora, uma equipe de pesquisadores da EPFL e do Paul Scherrer Institut (PSI) foi pioneira em uma técnica não invasiva e mais eficiente usando ruído gama para monitorar reatores. Em artigo publicado em Relatórios Científicos eles mostram que a radiação gama – em oposição aos sinais de nêutrons usados pelos métodos tradicionais de monitoramento – pode fornecer dados precisos e oportunos sobre a criticidade e composição do reator sem intrusão física real no recipiente do reator.
O estudo foi liderado por Oskari Pakari, cientista do Laboratório de Física de Reatores e Comportamento de Sistemas da EPFL e da Divisão de Pesquisa de Energia e Segurança Nuclear do PSI, liderada pelo professor Andreas Pautz).
Em seu novo método de monitoramento, os pesquisadores usaram dois cintiladores de germanato de bismuto, que posicionaram estrategicamente fora do reator nuclear de pesquisa CROCUS da EPFL, permitindo-lhes monitorar de forma não invasiva a radiação gama emitida em sua operação.
A radiação gama é um dos tipos de radiação eletromagnética produzida durante a fissão nuclear – processo que acontece dentro de um reator nuclear – e os raios gama carregam informações sobre o estado do reator, como mudanças na criticidade e na composição de seu combustível (por exemplo, urânio), sem interferir diretamente. com as operações do reator.
O novo método também utiliza análise estatística da variabilidade da detecção de raios gama ao longo do tempo. Ao contrário dos métodos convencionais, que dependem fortemente de nêutrons, a análise de ruído gama concentra-se nas flutuações nas contagens de raios gama, que se correlacionam com as reações em cadeia de fissão que ocorrem dentro do reator. É o grau de correlação que fornece informações sobre o estado operacional do reator.
Finalmente, o método pode fornecer dados essenciais em poucos minutos, uma melhoria significativa em relação aos métodos tradicionais, que normalmente requerem tempos de medição mais longos e maior proximidade do núcleo do reator. Em vez disso, o método de radiação gama utiliza ferramentas computacionais para analisar a variação temporal e espacial dos raios gama detectados, o que permite avaliações rápidas e precisas da condição do reator.
A equipe testou seu método por meio de experimentos prolongados, demonstrando com sucesso sua eficácia em distâncias de até vários metros do núcleo do reator. O monitoramento da radiação gama detectou constantes de decaimento imediato com erro mínimo, reduzindo a necessidade de contato direto com o núcleo do reator, mas também aumenta a velocidade e a precisão da aquisição de dados.
O novo método fornece monitoramento confiável e não invasivo de vários tipos de reatores nucleares, incluindo SMRs. Poderia transformar os protocolos de segurança nuclear, facilitar o cumprimento dos tratados internacionais e, potencialmente, ser aplicado a outros campos que exijam monitorização da radiação sem contacto direto com sensores.
Referências
Oskari Pakari, Tom Mager, Pavel Frajtag, Andreas Pautz, Vincent Lamirand. Ruído gama para monitorar de forma não invasiva reatores de pesquisa nuclear. Scientific Reports 14, 8409, 10 de abril de 2024). DOI: 10.1038/s41598’024 -59127-y
