Acidente de fusão do núcleo do reator é um evento ou sequência de eventos que resulta no derretimento de parte do combustível no núcleo do reator. Embora este evento seja muito improvável, não pode ser descartado. São muitas e muitas barreiras que precisam ser transpostas. Especialmente, a falha comum (geralmente 3×100%) do Sistema de Resfriamento Central de Emergência (ECCS) deve ocorrer após perda severa de acidente de refrigerante.
Este tipo de acidente é conhecido sob o termo fusão nuclear (derretimento do núcleo), mas isso não é definido oficialmente pela Agência Internacional de Energia Atômica ou pela Comissão Reguladora Nuclear. O acidente de derretimento do núcleo é um grave acidente de reator nuclear que resulta em danos ao núcleo por superaquecimento. Ocorre quando o calor gerado por um reator nuclear excede o calor removido pelos sistemas de resfriamento a ponto de pelo menos um elemento do combustível nuclear exceder seu ponto de fusão. O calor que causa a fusão de um reator pode se originar da reação nuclear em cadeia, mas mais comumente o calor de decaimento dos produtos de fissão contidos nas varetas de combustível é a fonte primária de calor.
Se o núcleo do reator permanecer seco por um período de tempo considerável, a temperatura das varetas de combustível aumenta e pode atingir localmente níveis que causam degradação significativa e irreversível do núcleo. Os mecanismos dessa degradação são químicos e mecânicos. Dependendo dos níveis de temperatura locais, a degradação pode resultar em produção de hidrogênio mais ou menos severa, liberação de produto de fissão (FP) e formação e propagação de cório fundido em direção à cabeça inferior.
Referência especial: Acidentes de derretimento do núcleo do reator de energia nuclear ISBN: 978-2-7598-1835-8, IRSN 2015.
Derretimento de Combustível Nuclear
A condutividade térmica do dióxido de urânio é muito baixa quando comparada com urânio metálico, nitreto de urânio, carboneto de urânio e material de revestimento de zircônio. A condutividade térmica é um dos parâmetros que determinam a temperatura central do combustível. Essa baixa condutividade térmica pode resultar em superaquecimento localizado na linha central do combustível e, portanto, esse superaquecimento deve ser evitado. O superaquecimento do combustível é evitado mantendo a taxa de calor linear de pico (LHR) em estado estacionário ou o Fator de Canal Quente do Fluxo de Calor – F Q (z) abaixo do nível em que ocorre o derretimento da linha central do combustível. A expansão do pellet de combustível após a fusão da linha central pode fazer com que o pellet estresse o revestimento a ponto de falhar.
Embora o ponto de fusão do UO2 seja superior a 2800 °C , o combustível geralmente é operado em temperaturas de pico muito mais baixas (menos de 1400 °C). Isso fornece margem suficiente para o derretimento do combustível e para a perda da integridade do combustível. Em geral, o derretimento de combustível deve ser excluído também para acidentes de condição III e IV. Mas o desastre nuclear de Fukushima Daiichi em 2011 eleva o problema de segurança das usinas nucleares a um novo nível no mundo. É difícil prever esses eventos e todos os outros acidentes fora do projeto e se preparar para eles devido à sua extrema raridade. Sob essas circunstâncias raras, a planta pode não ser capaz de operar com segurança. A redução na margem de segurança de uma planta pode causar falhas catastróficas, como colapsos
No caso de fusão de combustível nuclear, é necessário distinguir em qual evento a temperatura de fusão do combustível é atingida. O derretimento do combustível pode ocorrer:
- Dominação lenta da haste de combustível. No caso de um aumento no overpower do combustível que é lento em comparação com a taxa de transferência de calor através do combustível, a fusão ocorre apenas em escala local.
- Perda do dissipador de calor final. No caso de perda de refrigerante do reator, a potência da haste diminui, a temperatura do combustível é apenas algumas dezenas de graus Celsius acima da temperatura do revestimento.
- Acidentes RIA. Nesses acidentes, a grande e rápida deposição de energia no combustível pode resultar em derretimento, fragmentação e dispersão do combustível.
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