Recycling actinides and depleted uranium as an alternative to environmental challenges and public acceptance in the nuclear sector

Abstract

A emergência climática global destacou a necessidade de reduzir a dependência de combustíveis fósseis e de transitar para fontes de energia mais limpas. A energia nuclear surge como uma alternativa devido às suas baixas emissões de carbono, embora ainda esteja cercada de preocupações relacionadas à segurança, ao gerenciamento de resíduos e à proliferação nuclear. Esta pesquisa investiga o reprocessamento de combustível nuclear como uma estratégia para aumentar a sustentabilidade e a segurança do ciclo do combustível nuclear. O estudo avalia diferentes métodos de reprocessamento (PUREX, GANEX e UREX+) combinados com materiais de mistura, como urânio empobrecido e tório natural. Os resultados mostram que a quantidade de urânio empobrecido e material reprocessado necessária para fabricar o combustível de cada método está disponível após um ciclo do reator. Esse uso pode eliminar 100% da necessidade de mineração de urânio e proporcionar um destino para parte do combustível gasto. Em contraste, enquanto o tório reduz a demanda por mineração (cerca de 83%), ainda é necessária a sua extração. Além disso, os métodos GANEX e UREX+ apresentam vantagem sobre o PUREX ao evitar a separação de plutônio puro, mitigando, assim, os riscos de proliferação. As análises de radiotoxicidade e decaimento mostram que os combustíveis reprocessados começam com níveis mais altos devido aos actinídeos menores e ao plutônio, mas ao longo de 1000 anos seus valores se aproximam do combustível UOX. Essa estabilidade a longo prazo é relevante para o gerenciamento de resíduos, pois reduz a complexidade e os custos de descarte. Os cálculos das quantidades de materiais de mistura e reprocessados foram realizados por meio de equações específicas. As simulações foram realizadas considerando a inserção do combustível reprocessado de Angra 1 no reator Angra 2, utilizando o código SERPENT 2.2.1. O decaimento e a radiotoxicidade foram analisados após um queima de 33 GWd/t.