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Estudo de microrreatores nucleares com potência elétrica no intervalo de 0,1 a 1000 kW visando à operação espacial ou em regiões isoladas, com confiabilidade e portabilidade elevadas. Para tanto, são estudados métodos de cálculo de núcleo de reatores nucleares; desenvolvimento de combustível nuclear; processos de enriquecimento isotópico; análise e desenvolvimento de ciclos térmicos (Brayton e Stirling) para conversão de calor em eletricidade; tubos de calor para condução/rejeição passiva de calor; novos materiais e Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD). Ainda, a análise e medição de efeitos da radiação espacial na atmosfera terrestre e o estudo da interação e efeitos da radiação ionizante sobre indivíduos, materiais, componentes e sistemas expostos à radiação nas aplicações aeroespaciais são também elementos de destaque estudados nessa Divisão.

 

 

Principal

Chefe: Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães [lattes] Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.
Adjunto: Artur Flávio Dias [lattes] Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.
Secretária:Valéria Maria Nunes Julião Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.

À Divisão de Energia Nuclear compete: realizar pesquisa e desenvolvimento em geração e aplicações da energia nuclear.

Subdivisões

Subdivisão de Blindagem, Neutrônica e Dados Nucleares (ENU-B)

Chefe: Abel Antônio da Silva, Dr [lattes] Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.

À Subdivisão de Blindagem, Neutrônica e Dados Nucleares  (ENU-B) compete: operar e manter os seus Laboratórios; realizar pesquisa e desenvolvimento nas áreas de blindagem de radiação, neutrônica, queima do combustível e cinética de reatores, especialmente no desenvolvimento, validação e aplicação de métodos computacionais em transporte de partículas e de radiação; analisar e projetar núcleos de reatores de uso na Terra e no Espaço; e analisar e avaliar os efeitos da radiação espacial em componentes de sistemas aviônicos, opto eletrônicos e eletrônicos em geral.

A Subdivisão de Blindagem e Neutrônica (ENU-B) tem a seguinte constituição:

  • Laboratório de Análise dos Efeitos da Radiação (LAER); e
  • Laboratório Computacional de Tecnologia Nuclear (LCTN).

 Dados Nucleares compete: realizar pesquisas teóricas em reações nucleares induzidas por nêutrons, radiação gama e partículas carregadas, bem como o desenvolvimento de métodos de processamento de dados nucleares avaliados.

Subdivisão de Transferência de Calor e Materiais (ENU-T)

Chefe: Guilherme Borges Ribeiro, Dr [lattes] Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.

À Subdivisão de Transferência de Calor e Materiais (ENU-T) compete: realizar pesquisa e desenvolvimento nas áreas de transferência de calor, mecânica dos fluidos e materiais, em aplicações de energia nuclear e aeroespacial, além de operar e manter os seus Laboratórios.

A Subdivisão de Transferência de Calor e Materiais (ENU-T) tem a seguinte constituição:

  • Laboratório de Tubos de Calor “Viviane H.T.R. Hirdes” (LTC); e
  • Laboratório de Sistemas Térmicos (LST).

Laboratórios

Laboratório Computacional de Tecnologia Nuclear (LCTN)

Ao Laboratório Computacional de Tecnologia Nuclear (LCTN) compete: prestar apoio técnico a projetos e atividades em simulação computacional de sistemas nucleares, em especial nas seguintes áreas: análise de segurança e termo-hidráulica de reatores nucleares; queima do combustível; cinética de reatores; blindagem e neutrônica; dados nucleares; dinâmica de fluidos computacional; processamento de sinais; e o uso de métodos de inteligência artificial em aplicações aeroespaciais e nucleares.

 

Laboratório de Sistemas Térmicos (LST)

Ao Laboratório de Sistemas Térmicos , “Viviane H. T. R. Hirdes”  (LST) compete: prestar apoio técnico a projetos e atividades no desenvolvimento de ciclos térmicos, que possibilitem a transformação de calor em energia elétrica e/ou efeito propulsivo para aplicações nucleares e aeroespaciais.

Projetos

Projeto TERRA – Tecnologia de Reatores Rápidos Avançados

Gerente do projeto e Contato: Dr. Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães
E-mail: Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.
Tel.: 12-3947-5474
Fax.: 12-3944-1177

Objetivo geral – propiciar o desenvolvimento de tecnologias especiais que permitirão a aplicação da energia nuclear para a geração de energia elétrica e efeito propulsivo nos dispositivos espaciais brasileiros, tais como: satélites e naves espaciais.

O projeto TERRA é classificado como um projeto estratégico para o Comando da Aeronáutica, e, em parte, financiado por esse Comando. Isto significa que a sua aprovação foi obtida nos níveis mais altos do Comando da Aeronáutica. O processo de aprovação de um projeto começa com uma avaliação interna ao próprio Instituto de Estudos Avançados – IEAv. Uma proposta é submetida à Comissão de Assessoria de Pesquisa e Desenvolvimento – CAPD, cujos membros são pesquisadores pertencentes às diversas áreas de pesquisa do Instituto. O projeto é avaliado com base na aderência ao SisCTID, à Estratégia Nacional de Defesa, à missão e objetivos institucionais. Sua aprovação nesta comissão implica numa recomendação ao Diretor da Instituição para sua aprovação. Quando aprovado o projeto passa a ser um projeto do IEAv. O próximo passo é ser submetido ao Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA), com recomendação do nível de interesse estratégico. A decisão final quanto à classificação é do Estado Maior da Aeronáutica. O projeto TERRA passou por todas estas etapas, e tornou-se um projeto de interesse da Aeronáutica conduzido pelo IEAv e classificado como estratégico.

Uma visão de futuro para o Comando da Aeronáutica é a necessidade do poder aeronáutico tornar-se, ainda neste século, poder espacial. Até o momento, o Brasil tem interesse apenas na órbita do Planeta Terra. As razões são claras, as oportunidades econômicas que o uso da órbita propicia: telecomunicações, controle da ocupação humana, do desmatamento, das fronteiras da Amazônia azul, previsão climática, entre tantos outros. O espaço além órbita não é tomado ainda como prioridade. Este fato deve ser considerado circunstancial. Mais ainda, todos os países que empreenderam missões de espaço profundo até o momento o fizeram de forma remota. A permanência do Homem até o momento é temporária. No entanto, há muito mais a explorar no espaço profundo além do que, simplesmente, a própria aventura de lá chegar. Trata-se aqui da exploração econômica do espaço profundo, da garantia de que recursos, hoje considerados ilimitados pelo nosso padrão econômico e tecnológico, estejam disponíveis para as gerações futuras de brasileiros. Há quantidades consideráveis de He3 na superfície da Lua, depositada lá pelo vento solar (por bilhões de anos). Praticamente todos os elementos químicos existem no cinturão de Asteróides, localizados um pouco além da órbita de Marte. Alguns destes elementos químicos com uso direto em alta tecnologia e abundâncias bem maiores do que as conhecidas na Terra. Isto sem contar a existência de água na Lua, nos asteróides e em Marte podendo até ser possível a existência de vida nas suas formas mais elementares. Todas estas riquezas estão lá para serem exploradas. Fato é que muito da exploração, até então realizada pelos EUA, foi feita utilizando gerador de potência elétrica GTRs, ou seja, Geradores Termoelétricos a Radioisótopos. GTRs são dispositivos nucleares que funcionam com o calor gerado pelo decaimento nuclear. Um limitante desta tecnologia é o valor de potência elétrica gerada. No entanto, para o uso em sondas autônomas e automáticas estes valores são satisfatórios.

A exploração econômica do espaço profundo requer a presença Humana de forma mais perene. O problema muda de figura quando se trata de atender as necessidades de sobrevivência dos Seres Humanos. A presença Humana no espaço profundo requer necessariamente mais potência, seja para gerar eletricidade, seja para propulsão. É previsto que antes da metade deste século o Ser Humano irá de forma definitiva se estabelecer na Lua e de forma intermitente chegar a Marte. Com base nas tecnologias disponíveis e viáveis no momento, nenhum destes objetivos pode ser alcançado sem o uso da energia nuclear. É importante acrescentar que os Russos já colocaram 36 reatores nucleares em órbita da Terra. Os americanos colocaram em órbita apenas 1 reator nuclear. No entanto, no final dos 50, durante todos os 60 e até o começo dos 70, os Americanos construíram e testaram reatores nucleares para uso no espaço das mais diversas potências, dentro do projeto NERVA. Naquela época a motivação era uma futura colônia na Lua e uma viagem ao planeta Marte. Hoje, nos Estados Unidos existe um projeto de uma unidade nuclear de 45 kW elétricos para ser colocada na Lua a fim de prover energia elétrica para uma base americana na Lua. Os Russos tencionam produzir uma nave com unidade de potência nuclear para testar meios de afetar órbita de asteróides com o objetivo de, se necessário, alterar a órbita de um asteróide que tivesse em curso de colisão com a Terra. Os Franceses estão trabalhando no conceito de um reator nuclear para gerar energia elétrica com abundância no espaço. Comentários vindos dos Russos garantem que os Chineses estão com um programa nuclear espacial bem avançado. É importante acrescentar que os Chineses já declararam que querem explorar o He3 da superfície da Lua. A importância do He3 é devido a que a reação de fusão Deutério-Hélio-3 é a que possui o menor requisito de energia para ser iniciada e é aneutrônica. Estes fatos indicam que esta reação de fusão é a mais desejada para um reator funcionando a fusão nuclear. No entanto, a reação que se pretende utilizar no projeto ITER é a Deutério-Trítio uma vez que He3 é quase inexistente na Terra. Assim, evidencia-se que existe um momento forte para a utilização de reatores nucleares no espaço. Este fato não ocorreu ainda em larga escala, pois as condições e interesses econômicos do passado ainda não haviam chegado ao ponto necessário. Este ponto agora se encontra no nosso horizonte de previsão. É importante relembrar que a tecnologia nuclear, qualquer que seja ela, é considerada sempre sensível. Tentar desenvolver uma tecnologia sensível após outros atores já o terem feito gera muita controvérsia. Deste ponto de vista, o projeto TERRA é bastante oportuno. Com o desenvolvimento do projeto TERRA, o País tem tudo para ser um membro bem cotado do clube dos países que possuem e utilizam a tecnologia nuclear no espaço.

É importante ressaltar que a tecnologia nuclear aplicada ao espaço é como se fosse uma passagem para o desenvolvimento tecnológico e acesso a riquezas que de outra forma não poderão ser obtidas. Aqueles países que empreenderem as suas capacitações agora só terão a lucrar no futuro (médio e longo prazo). É mais importante ainda enfatizar que como a tecnologia nuclear aplicada ao espaço é chave para desenvolvimentos especiais e acesso a riquezas de outra forma não obteníveis, será também impossível de ser adquirida de terceiros. Esta deverá ser desenvolvida por cada um dos interessados. Este é o propósito do projeto TERRA, dar ao Brasil a oportunidade de desenvolver estas tecnologias dentro de uma janela de oportunidades favorável, ou seja, quando todos os outros estão fazendo a mesma coisa. Buscamos nossas próprias soluções, nossa própria capacitação, nossa própria autonomia.

Entre as tecnologias consideradas estratégicas para serem investigadas estão: elementos combustíveis e seus materiais, núcleos e seus arranjos geométricos, ciclos térmicos conversores de energia térmica em elétrica (Brayton e Stirling), tubos de calor e seus sistemas utilizados como eliminadores passivos de calor residual de ciclos térmicos, conceitos alternativos de turbinas (tais como, a turbina de Tesla), dentre outros.

Até o momento foi construído um pequeno prédio para abrigar um ciclo Brayton fechado, o qual servirá de modelo para o conversor energia térmica para elétrica. Foi, também, realizada a reforma de uma área para abrigar o Laboratório Computacional de Tecnologia Nuclear – LTCN. Recentemente, também se adquiriu para o LTCN uma estação de trabalho DELL 7500 com processador DUAL QUAD CORE XEON W5580, número de carga 7025 301/1. A este equipamento foi acrescentado 21 unidades do DELL XPS 8300, equipados com WINDOWS 7 profissional, 64bit; processador intel core i5-2320 (6MB cache, 3.0GHz); 16GB dual channel ddr3 sdram at 1333mhz – 4 dimms; DELL consumer multimedia keyboard; DELL st2420l 24″w full hd monitor. Além disto recebeu-se, tmabém, mais uma DELL PRECISION T7500; equipada com WINDOWS 7, 64bit; dual six core intel xeon processador x5690, 3.46GHz, 12m l3, 6.4gt/s; 192GB, ddr3, 1066mhz, ecc (12 dimms). Neste ano de 2013 iniciou-se a construção do forno de 300 kW para o ciclo Brayton.

Linhas de Pesquisa

ENU-B Blindagem, Neutrônica e Dados Nucleares

Transporte de radiação

É a base teórica da subdivisão. Utiliza Física e Engenharia Nuclear, Matemática e Computação, para determinar as características dos campos de radiação.

Blindagem de radiação

Calcula as barreiras de proteção para evitar danos biológicos e materiais. Determina os materiais absorvedores apropriados, e sua espessura, visando à proteção adequada. A blindagem se faz necessária em situações onde a radiação esteja presente, por exemplo: aparelhos de raios-X; aceleradores de partículas; reatores nucleares etc.

Radiação Cósmica

São estudados os efeitos das radiações existentes no espaço, em componentes eletrônicos. A radiação cósmica influencia no funcionamento de satélites e nas doses de radiação a que são expostos pilotos de aeronaves e astronautas. A energia das partículas carregadas presentes no espaço podem ser depositadas em componentes eletrônicos levando a falhas no seu funcionamento ou em tecidos humano levando a danos na saúde.

Neutrônica de reatores nucleares

A neutrônica de reatores realiza simulações computacionais de núcleo de reatores nucleares. Além dos reatores térmicos, são estudados os reatores rápidos que poderão se tornar a próxima geração de reatores nucleares terrestres e espaciais. Suas vantagens principais são: a economia de combustível, a pequena geração de lixo radioativo e seu tamanho reduzido.

Política, gestão e informação em C&T nuclear

A ENU-B acompanha e participa do desenvolvimento da Ciência Nuclear no Brasil. As pesquisas nesta área contribuem para a formação de opinião sobre Energia Nuclear e demonstra a sua necessidade para o desenvolvimento econômico e tecnológico do Brasil.

Medidas de defesa nuclear

O Brasil é uma nação pacífica e sempre mostrou seu interesse em contribuir para a estabilidade mundial. Nesta pesquisa são verificados os procedimentos e os conhecimentos necessários para que a população e as forças de defesa possam se abrigar dos efeitos de artefatos nucleares.

Teoria e Modelos Nucleares

São realizados estudos em Física Nuclear Teórica na área de reações nucleares induzidas por nêutrons, radiação gama, partículas carregadas e outras reações importantes no campo da energia nuclear. Esta linha de pesquisa é responsável, também, pela avaliação de dados nucleares considerados necessários e que não estejam disponíveis nas bibliotecas de dados nucleares avaliados distribuídas pela Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA).

Métodos de Processamento e Transporte

São desenvolvidos métodos para processamento de dados nucleares avaliados e métodos para a solução de problemas de transporte no campo da energia nuclear e áreas correlatas. Nesta linha de pesquisa é prestada, ainda, consultoria na utilização de bibliotecas de dados nucleares avaliados e multigrupo e no uso dos códigos processadores existentes.

ENU-T Subdivisão de Transferência de Calor

Avaliação de sistemas de transporte de calor

A ENU-T tem conhecimentos nas áreas nuclear e aeroespacial, desenvolve programas computacionais de análise, equipamentos e sistemas de transferência de calor e massa. Presta consultoria e assessoria a projetos do Ministério da Defesa.

Termoidráulica e análise de segurança de reatores nucleares

A ENU-T realiza análises de acidentes em reatores nucleares, simulando seus sistemas de segurança, ativos e passivos. Analisa e projeta componentes de reatores nucleares, tais como, núcleo, gerador de vapor, circuito primário e secundário, etc. O grupo tem grande experiência no desenvolvimento de programas computacionais para análise dos fenômenos envolvidos e utiliza os programas das famílias COBRA e RELAP na simulação de reatores do tipo PWR e LMFBR.

Controle térmico de satélites

ENU-T realiza análises de sistemas para controle térmico de satélites, durante os vôos orbitais e de reentrada, e atua em projetos de sistemas de transporte de calor para aplicação em baixa e micro gravidade, inclusive de reatores espaciais. O grupo tem experiência na análise e no desenvolvimento de componentes de controle térmico, tais como: bombas eletromagnéticas, isolamentos térmico tipo multifolha, radiadores, tubos de calor, etc.

Simulação computacional

Com a experiência da ENU-T na solução de equações diferenciais e simulação computacional, pode-se prestar consultoria e assessoria na aplicação e desenvolvimento de métodos numéricos, programação computacional e no desenvolvimento de interfaces gráficas em áreas de interesse aeroespacial e nuclear.

Geradores Termoelétricos a Radioisótopos (GTR)

O GTR é um dispositivo para geração de energia elétrica, que funciona com o decaimento radioativo de actinídeos. Entre suas várias aplicações, destaca-se as missões espaciais de espaço profundo das naves Cassini e Galileo. Com a realização deste trabalho, espera-se conseguir uma contribuição importante em estudos neutrônicos, térmicos e elétricos de GTRs.

Materiais estruturais empregados na indústria aeroespacial

Estes materiais requerem baixa densidade, ponto de fusão elevado, alta resistência mecânica e resistência à oxidação em altas temperaturas. São considerados de interesse em propulsão líquida: as superligas à base de níquel, os compósitos cerâmicos, as cerâmicas oxidas, as barreiras térmicas e os intermetálicos. Os últimos são promissores na fabricação de pás de turbinas de baixa pressão e de compressores de alta pressão. A ENU-T atua no estudo de oxidação em alta temperatura dos intermetálicos à base de nióbio (sistema ternário Nb-Si-B).

Processamento de sinais

São desenvolvidos métodos e procedimentos para a extração e análise de ruídos. Atualmente são estudados os filtros do tipo abg e os que utilizam o conceito de Kalman para a redução das incertezas no rastreamento de foguetes.

 

 

 

 

 

 

 

 

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