Enquanto transformamos um átomo de chumbo em um átomo de ouro retirando três prótons, cientistas do projeto de pesquisa nuclear de Myrrha (Reator de pesquisa híbrida multifuma para aplicações de alta tecnologia) Modifique a estrutura de átomos altamente radioativos graças a um bombardeio de núcleos com partículas de alta energia. À sua cabeça, o físico Hamid Aït Abderrahim, que desenvolveu o processo para fissão de certos núcleos dos combustíveis gastos, a fim de reduzir sua radiotoxicidade.
O desperdício de usina nuclear vem do combustível gasto retirado dos reatores atuais após quatro anos e meio de uso. Isso é composto por urânio 238 (93 %), urânio 235 (1 %), plutônio (1 %) e “resíduos finais” (5 %) dos quais o mais raditoxico é chamado de “actinídeos menores”. Mesmo que constituam apenas 0,2 %, representam quase 99 % da radiotoxicidade. Americium, Neptunium ou mesmo Curium têm um período raditoxico ativo de quase 300.000 anos. “Nosso sistema de transmutação pode reduzi -lo a apenas 300 anos! “Entusiasma Hamid e Abderrahim.
Iniciado em 1998, este projeto colossal, estimado em cerca de 2 bilhões de euros (investidos principalmente pelo governo belga) e agora reunindo pesquisadores de todo o mundo, devem estar operacionais em 2036, de acordo com as previsões atuais. O gigantesco local, no meio do site, já recebeu um protótipo de Guinevere, apelidado de “Baby Myrrha”, cujos primeiros testes sobre resíduos foram realizados com sucesso em 2010.
É no meio de um lote vago gigantesco, onde os escavadeiras ainda trabalham que Hamid Aït Abderrahim apresenta a primeira parte do site: “Estamos preparando a instalação do Minerva, um acelerador de partículas lineares cuja construção e teste de seu funcionamento adequado acabaram de terminar em outro local. “”
As 4 etapas do processo de transmutação
1 – Os prótons são separados dos elétrons de hidrogênio em salas de ímãs. Eles são então injetados no acelerador linear.
2 – Os prótons são acelerados a 600 megaeltronvolts navegando os 500 metros da instalação ao reator.
3 – No coração do reator, combustível (urânio, plutônio etc.) é empilhado em “lápis” com actinídeos (resíduos radiotóxicos finais).
4 – Uma mistura de chumbo e bismuto é usada como um líquido de resfriamento, gerando nêutrons rápidos capazes de destruir núcleos mais pesados (actinídeos).
Cavidades de radiofrequência para acelerar partículas
Um gás de hidrogênio será primeiro irradiado por microondas de luz em baixa frequência, o que terá o efeito de separar os elétrons dos prótons contidos no gás. Este último será injetado neste acelerador. Para acelerar as partículas, ele será equipado com cavidades de radiofrequência: falantes metálicos que abrigam um campo eletromagnético. À medida que avançam, os prótons os atravessam enquanto oscilam entre carga positiva e carga negativa. Assim, os motoristas exercerão alternadamente uma repulsão e uma atração nas partículas, esses diferentes campos magnéticos causam sua aceleração.
“Nosso acelerador, cuja energia sobe para 600 megaeltronvolts após 500 metros de cáries, será conectada a um reator localizado em uma segunda estrutura “, Descreve o físico Adrian Fabich, diretor técnico do projeto Minerva. Lá, será empilhado com pequenos pastilhas de combustível (urânio, plutônio …) e actinídeos formando” lápis “. Cada um reorto em torno de 500 g de material, que é possível que seja possível que 400 gentilize.
Caixa de montagem de “lápis”, contendo combustíveis, bem como actinídeos menores, que serão colocados no coração do reator. Crédito: François Guénet/Divergência para “Sciences et Avenir”
LerQuirguistão lutando contra seus resíduos radioativos soviéticos
Os nêutrons se recuperarão como em um jogo de bilhar
Enquanto os reatores convencionais operam com água pressurizada como um líquido de resfriamento, o de Myrrha, cuja temperatura excede 300 ° C, trabalha com uma mistura de chumbo (45 %) e bismuto (55 %). Em uma das instalações do gigantesco laboratório reservado para testes, Hamid Aït Abderrahim descreve a consistência desse líquido muito particular: “Esta mistura é essencial para a transmutação, porque permite produzir nêutrons primários (que iniciará a fissão de material radioativo) E manter uma alta reação em cadeia de energia no coração do reator. Além disso, suas propriedades químicas evitam os riscos de corrosão a longo prazo, porque, uma vez integrados ao reator, será mantido no circuito fechado por quarenta a cinquenta anos. “”
Essa mudança no fluido permite que você trabalhe com o que os físicos chamam de “nêutrons rápidos”. Uma solução em que a França estava interessada no reator de Phoenix, preso definitivamente em 2009. Joël Guidez, que o dirigiu, explica os problemas: “Ao usar a água como fluido de transferência de calor, seus átomos de hidrogênio, devido à sua leveza, absorver Os nêutrons e fazem com que eles percam energia desacelerando -os. “Nesse caso, diz -se que os nêutrons são lentos.
Uma mistura de chumbo-bismuto (acima na barra) é usada como líquido de resfriamento ou um fluido de transferência de calor, integrado a um circuito fechado no reator (em cima). Crédito: François Guénet/Divergência para “Sciences et Avenir”
Sua velocidade é de cerca de 2 km/s, que corresponde a uma energia cinética de aproximadamente 0,025 eletronvolt. “Sódio ou chumbo-bismuto têm muito mais pesado, Continua o físico francês. Os nêutrons se recuperarão como em um jogo de bilhar e manterão seus momento para os átomos do combustível. “A velocidade dos nêutrons pode atingir 20.000 km/s, com uma energia cinética mínima de 1 megaelétronvolt!
É aqui que entra a fase final da transmutação. Esses nêutrons rápidos são capazes de destruir núcleos mais pesados do que os do urânio como os de actinídeos menores, fisicando -os. De fato, dependendo da energia dos nêutrons, eles aglomeram com o núcleo direcionado e modificam a estrutura. “Pegue o caso de um núcleo americano 241, explica Hamid e Abderrahim. Se o nêutron é “lento”, o Americium 241 se transforma no Americium 242 depois de capturar esse nêutron, seu isótopo mais pesado. Se ele permanecer suficientemente “vivo”, ele poderá capturar um segundo nêutron e depois se transformar em Americium 243. Por outro lado, se o nêutron for “rápido”, o núcleo do Americium 241 será quebrado diretamente pela metade para dar dois núcleos. Assim, obtemos os ‘produtos de fissão’ que são muito menos raditoxicos. “”
Ter esse reator opera não é isento de perigo. Lembre -se de que o urânio natural contém apenas 0,7 % de material físsil (urânio 235) para 99,3 % de material não fissil (urânio 238). Diz -se que os átomos de urânio 238 são férteis porque podem se tornar fissiles: ao absorver um nêutron “rápido”, eles se transformam em plutônio 239. Portanto, é possível produzir mais núcleos fissiles do que consumidos, é o “”Freeração “. Permite queimar combustível até 96 %!
“É aqui que tudo acontece! adverte o físico belga. Esse poder deve ser dominado, caso contrário, arriscarmos o acidente por emoção. Para compensar esse risco, diz -se que nosso reator é subcrítico. “Subritical? “Em um reator crítico clássico, a reação em cadeia é auto-passada, isto é, dizer que Cada nêutron consumido para fazer uma fissão é substituído por outro, da fissão, Explica Annick Billebaud, pesquisador da CNRS. Em um sistema ‘subcrítico’, consumimos mais nêutrons do que o produzimos, a reação em cadeia para muito rapidamente. Portanto, para operar, esse reator deve ser alimentado permanentemente por nêutrons adicionais. Um coração é calculado para ser crítico ou subcrítico, tocando no tipo e quantidade de núcleos na presença em conjuntos combustíveis-actinídeos e sua geometria. “E no coração de Myrrha, “O material da físsil não é suficiente para manter a reação em cadeia por si só: não é auto-privado “, confirma Hamid Aït Abderrahim. De fato, após dez reações em canais, ou um milionésimo de segundo, o processo para.
Myrrha queimará urânio e plutônio presente em lápis, mas também pequenos actinídeos, após dez ciclos de combustão. No entanto, para esses elementos, atualmente não há como extraí -los dos resíduos nucleares. Misturados com vidro fundido trazido para 1100 ° C, eles são vitrificados para a eternidade.
Tomadas de medicina nuclear
O projeto Myrrha também é um centro de pesquisa dedicado à medicina nuclear, especialmente para o desenvolvimento de novos tratamentos contra o câncer. Usando o mesmo acelerador de partículas, os prótons são projetados em um pequeno alvo de metal e criam uma nuvem de átomos diferentes. Estes são então livrados de vários elétrons usando um laser, o que possibilita a obtenção de radio-isótopos como o Actinium 225 ou o Terbium 161.
É precisamente esses radio-isótopos, emitindo uma radiação de intensidade muito alta, o que torna possível destruir as células cancerígenas. Para levá-los a eles, chamamos a chamada molécula de transportadora. Eles se ligam a proteínas específicas que essas células exibem em sua superfície em números maiores que as células saudáveis. Assim, a maioria dos últimos é preservada e os efeitos colaterais dos pacientes são consideravelmente reduzidos.
15 máquinas necessárias para o parque nuclear europeu
Mas, para enfrentar todos os actinídeos gerados por países europeus que desejam sair do nuclear, será necessário mais de um Myrrha. As equipes de Sylvain David, pesquisador do Instituto Nacional de Física Nuclear e Particulares das partículas do CNRS, fizeram o cálculo apenas para o parque nuclear francês: cerca de uma tonelada de actinídeos é produzida por nossos reatores a cada ano. “Levaria um pouco menos de quarenta anos para queimar todos esses actinídeos, o que exigiria 15 máquinas industriais do tipo Myrrha, com uma potência total de 6000 megawatts “, adverte Hamid e Abderrahim. O preço da alternativa ao enterro.
A Índia é tório
O governo indiano acaba de concluir em 2024 seu primeiro protótipo de reator pré -gerador com nêutrons rápidos em Kokkilamedu, no estado de Tamil Nadu. Este reator resfriado ao sódio será baseado no uso do tório 232, cujo minério é muito mais abundante do que os depósitos de urânio e dos quais a Índia tem um quarto das reservas mundiais. Por transmutação, o tório produzirá em última análise Urânio 233, um combustível físsil. Assim, ele pode gerar mais matéria físsil do que consome. A produção de actinídeos menores pode ser cerca de quatro vezes menor que a de um reator de água pressurizado. Com um volume de várias toneladas a apenas alguns quilos.
Por Kyrill Nikitine
