Um reator resfriado a gás ou GCR é um tipo de reator de fissão nuclear térmica nuclear.
O moderador de nêutrons do reator GCR é o grafite. O refrigerante na tecnologia do reator nuclear a gás é o dióxido de carbono no estado gasoso.
De acordo com a classificação feita pela Agência Internacional de Energia Atômica das Nações Unidas (AIEA), esse tipo de reatores inclui o tipo avançado de gás ou AGR e Magnox (de Magnesium Non-OXidising), ambos de tecnologia britânica.
Na história da energia nuclear, havia também um tipo de GCR francês chamado UNGG (do francês Uranium Naturel Graphite Gaz). Ainda assim, é um tipo obsoleto, e atualmente não existe nenhuma usina nuclear em operação no mundo. Eles foram a primeira geração de reatores nucleares na França, desenvolvidos na esteira da Segunda Guerra Mundial.
As diferenças essenciais entre os modelos Advanced Gas Reactor (AGR), Magnox e UNGG são o combustível e o revestimento ao redor dos pellets.
O Magnox e o UNGG foram desenvolvidos simultaneamente; eles são os mais antigos e bastante semelhantes. Ambos os reatores usam urânio natural como combustível nuclear e diferem no fato de que o Magnox envolve as pelotas com uma liga de magnésio e alumínio. Ao mesmo tempo, o UNGG fez isso com um de magnésio e zircônio.
A nova geração de GCRs, ACRs (ou reatores refrigerados a gás avançados), usa urânio enriquecido em seu ciclo de combustível.
Reator nuclear magnox
Magnox é uma série de reatores nucleares com pesquisa e desenvolvimento feitos no Reino Unido. Como o combustível nuclear utilizado é o urânio metálico natural, a função do refrigerante carrega dióxido de carbono como grafite moderador.
O nome "magnox" coincide com o nome da marca de liga de magnésio-alumínio usada nesses reatores para fazer o revestimento de células a combustível.
Como a maioria dos reatores de primeira geração, Magnox é um reator de duplo propósito projetado para produção de plutônio-239 e geração de eletricidade. Como em outros reatores produtores de plutônio, uma característica importante é a fraca absorção de nêutrons pelos materiais do núcleo.
A eficiência do moderador de grafite permite operar com combustível de urânio natural sem a necessidade de enriquecimento.
O grafite é facilmente oxidado no ar; portanto, o CO 2 é usado como um transportador de calor. A transferência de calor do primeiro circuito para o segundo é realizada em geradores de vapor, e o vapor resultante aciona uma turbina convencional para gerar eletricidade. O design do reator permite o reabastecimento em tempo real.
O recurso de duplo propósito dos reatores Magnox permitiu que o Reino Unido criasse estoques significativos de plutônio do reator através do reprocessamento de combustível nuclear usado na usina B205.
Apesar da modernização com o objetivo de aumentar a eficiência da produção de eletricidade, após a produção de plutônio ter passado para segundo plano, os reatores Magnox não se igualaram aos reatores de água pressurizada em termos de eficiência de combustível devido às suas características de design e operação em urânio não enriquecido.
Apenas um pequeno número de reatores deste tipo foi construído no Reino Unido. Além disso, menos deles foram exportados para outros países. O primeiro reator foi construído em Calder Hall em 1956 e é muitas vezes considerado como "o primeiro reator de energia comercial do mundo", enquanto o último no Reino Unido foi fechado Wilf em 2015.
Para 2016, a Coreia do Norte continua sendo o único país a operar reatores Magnox no Centro de Pesquisa Nuclear de Yongbyon. O desenvolvimento de reatores de gás-grafite foi aprimorado com reatores resfriados a gás com o mesmo refrigerante, mas com várias mudanças que aumentam o desempenho econômico.
Reator refrigerado a gás avançado
Os reatores avançados refrigerados a gás (AGR) são a segunda geração de reatores nucleares britânicos refrigerados a gás, usando grafite como moderador de nêutrons e dióxido de carbono como refrigerante. Os reatores Magnox eram a base de engenharia nuclear do AGR.
AGR reteve o retardador de grafite Magnox e CO 2 para resfriar o núcleo do reator, mas aumentou sua temperatura de saída operacional para melhorar a eficiência ao converter em vapor. O vapor que ele produzia era deliberadamente idêntico ao gerado nas usinas a carvão, permitindo que as mesmas turbinas e equipamentos fossem usados para geração.
Nos estágios iniciais do projeto do sistema, os projetistas foram forçados a substituir o berílio usado para conter as células de combustível de urânio por aço inoxidável. O aço tem uma seção transversal nuclear mais alta e essa mudança implicou uma mudança no combustível de urânio natural para combustível de urânio enriquecido para manter a criticidade.
Como parte dessa mudança, o novo projeto teve uma taxa de queima maior de 18.000 MW / d por tonelada de combustível, exigindo reabastecimento menos frequente.
O primeiro protótipo AGR foi lançado em 1963, mas o primeiro único reator comercial em 1976. Um total de 14 reatores foram construídos em seis locais de 1976 a 1988. Eles são todos configurados com dois reatores no mesmo edifício. Cada reator tem uma potência térmica projetada de 1.500 MW, acionando um gerador de turbina de 660 MW.
Várias estações AGR produzem saídas que variam de 555 MW a 670 MW, algumas das quais operam abaixo da capacidade projetada devido a restrições operacionais. Todos eles usam combustível Westinghouse.
Turbina a gás - Reator modular de hélio (GT-MHR)
Uma turbina a gás, reator modular de hélio (GT-MGR, GT-MHR) é um projeto internacional para criar uma usina nuclear que atenda aos requisitos de segurança do século XXI. Esses requisitos são baseados em um reator de alta temperatura resfriado a gás com um refrigerante de hélio operando em um ciclo de turbina a gás natural.
A criação de dois reatores desse tipo, junto com os reatores rápidos BN-600 e BN-800, está incluída no programa russo-americano de descarte de plutônio para armas, que não é necessário para fins de defesa.
O projeto é financiado em regime de paridade pela Rosatom (RF) e o Departamento de Energia e NNSA (EUA).
O Afrikantov OKBM, RSC KI, VNIINM, General Atomics (EUA), Framatome (França), Fuji Electric (Japão) estão participando do projeto.
Desvantagens do reator nuclear resfriado a gás
A capacidade de calor e a condutividade térmica do gás refrigerante são baixas. A obtenção da energia térmica necessária é garantida pelo aumento da pressão do gás.
No entanto, há também o problema de que o reator inevitavelmente se torna grande devido à pequena densidade de energia térmica em comparação com o reator de água leve.
Com o reator Magnox como protótipo, muitos reatores de geração de energia refrigerados a gás foram comissionados.
Uma vez que o excesso de reatividade é inicialmente pequeno, é difícil queimar o combustível de forma eficiente no reator nuclear Magnox. É necessário substituir o combustível nuclear com freqüência.
