Analysis of the disposal of spent nuclear fuel in Brazil

Abstract

O descarte de rejeitos radioativos tem sido objeto de pesquisas científicas desde o início da indústria nuclear. Para resíduos de alto nível ou combustível irradiado, a disposição final em depósitos geológicos profundos é o consenso científico global. Nesta tese de doutorado, foram estudados, de um ponto de vista puramente acadêmicos, aspectos relacionados ao processo de destinação do combustível nuclear usado (SNF) no Brasil. O processo de decaimento radioativo libera energia térmica que é absorvida pelo ambiente geológico. No entanto, alguns dos componentes da barreira de segurança têm um limite máximo de temperatura operacional. Além disso, o calor liberado pode facilitar a migração de fluidos na geosfera. Como o processo de transferência de calor é passivo, o repositório deve ser dimensionado de forma que os limites térmicos não sejam ultrapassados durante o seu funcionamento. A simulação da transferência de calor permite a determinação das dimensões geométricas mínimas aceitáveis para cada tipo de SNF. Dado o aparente interesse do governo brasileiro em combustíveis nucleares reprocessados, foi simulado o comportamento térmico de dois combustíveis reprocessados para a usina nuclear de Angra 2, um Óxido Misto (MOX) e um combustível reprocessado enriquecido com tório. O combustível MOX pode ser descartado em um repositório após 50 anos de sua remoção do reator. O combustível irradiado contendo tório, entretanto, não pode ser descartado em um repositório nas mesmas condições, uma vez que a temperatura máxima de segurança seria excedida. O dimensionamento do repositório para o SFN é uma informação importante para o processo de seleção de áreas com potencial para abrigar um repositório geológico. Com a aplicação de um método baseado em sistemas de informações geográficas e análise multicritério para seleção de área para construção de repositório do SNF, foram selecionados sítios de interesse para futuros estudos. Os locais candidatos têm áreas maiores do que as áreas mínimas estimadas como necessárias pela simulação de transferência de calor. Como tanto o ciclo do combustível nuclear quanto o número total de usinas nucleares a serem construídas neste século permanecem indefinidos, não há estimativa de custos do back-end no Brasil. Para estimar os custos associados a esta fase do ciclo de vida do combustível nuclear, foram criados cenários estratégicos. Esses cenários, juntamente com os possíveis ciclos de combustível, foram modelados na ferramenta de planejamento de energia MESSAGE para estimar a quantidade de SNF gerada. Usando métodos estocásticos, o custo total mais provável foi calculado. Os valores estão na faixa entre US $ 12,84 bilhões e US $ 83,71 bilhões dependendo do cenário. Com esses valores, estimou-se que o valor de venda de energia deveria ser entre 40% e 60% maior que o atual cobrado para financiar as atividades de descarte do SNF.