ANÁLISE NEUTRÔNICA DE MICRORREATOR NUCLEAR DE NÊUTRONS TÉRMICOS: SIMULAÇÃO COMPARATIVA DE GRAFITA E BERÍLIO COMO MODERADORES EM NÚCLEOS COMPACTOS

Resumo

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e teste de um simulador computacional para análise comparativa do uso de grafita e berílio como moderadores em microrreatores nucleares de nêutrons térmicos, com circuito primário baseado em sódio metálico líquido para remoção passiva de calor. O objetivo é avaliar o desempenho neutrônico do núcleo, considerando o fator de multiplicação efetivo (k-eff), a distribuição espacial do fluxo de nêutrons, o coeficiente de reatividade de temperatura e a geometria crítica, com foco na compactação do sistema e na segurança intrínseca. A metodologia emprega a modelagem da equação da difusão de nêutrons em geometria cilíndrica, resolvida numericamente pelo método de diferenças finitas, com condições de contorno que consideram vazamento na superfície e reflexão parcial. Foram simuladas duas configurações: uma com moderador de grafita (diâmetro de 1,0 m) e outra com berílio (diâmetro de 0,6 m), mantendo-se constante a potência térmica nominal e a composição do combustível (UO₂ enriquecido a 20%). Os resultados demonstram que o berílio permite uma redução de aproximadamente 40% no diâmetro do núcleo, mantendo a criticidade (k-eff > 1) e aumentando significativamente a densidade de potência, o que favorece a portabilidade. No entanto, a grafita apresenta um coeficiente de reatividade de temperatura mais negativo (~-0,00032 /°C), indicando maior estabilidade térmica intrínseca devido ao predomínio do efeito Doppler. O sistema com berílio, embora mais compacto, exibe menor margem de segurança térmica (~-0,00012 /°C), destacando um trade-off fundamental entre desempenho técnico e robustez operacional. O sistema de refrigeração, baseado em heat pipes de sódio, foi modelado indiretamente, garantindo a segurança passiva. A simulação indica que microrreatores com ambos os moderadores são viáveis para operação prolongada (mais de 8 anos sem recarga), com alto grau de segurança devido à baixa potência térmica e à ausência de fluidos ativos. O simulador desenvolvido constitui-se em uma ferramenta robusta para apoio ao projeto de SMR de próxima geração, com aplicações em ambientes remotos, datacenters e instalações críticas, contribuindo para a avaliação de trade-offs críticos no design de reatores compactos.