Você sabia que há um reator nuclear na UFMG?

Pouca gente sabe, inclusive entre os próprios mineiros, que existe um reator nuclear em funcionamento dentro do campus da Universidade Federal de Minas Gerais, em Belo Horizonte. Trata-se do TRIGA IPR-R1, instalado no atual Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN), instituição vinculada à Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN). Ele não produz eletricidade para a rede e está muito longe das dimensões de uma usina como Angra. É um reator nuclear de pesquisa, utilizado para ensino, treinamento, experimentos científicos, irradiação de materiais e produção de radioisótopos.

Reator TRIGA IPR-R1 | Foto: Antonio Pereira Santiago

Sua história se mistura com o início da pesquisa nuclear brasileira. O antigo Instituto de Pesquisas Radioativas (IPR) surgiu em 1952, ligado à Escola de Engenharia da UFMG. O reator, fabricado nos Estados Unidos pela General Atomics, foi adquirido no final da década de 1950 e inaugurado em 1960. Foi o segundo reator nuclear instalado no Brasil e permanece como o único em Minas Gerais. A própria palavra TRIGA resume suas finalidades originais: Training, Research, Isotopes, General Atomic — treinamento, pesquisa, isótopos e o nome da empresa fabricante.

Entrada do Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN) - Foto: Antônio P. Santiago

Um reator nuclear, mas não uma usina nuclear

Essa distinção é importante. Em uma usina nuclear, como Angra 1 e Angra 2, o objetivo principal é transformar a energia liberada pela fissão nuclear em calor, produzir vapor, movimentar turbinas e finalmente gerar eletricidade. No TRIGA da UFMG, a finalidade é outra. Sua potência máxima é de apenas 100 kW, extremamente pequena quando comparada à potência térmica de um reator destinado à geração comercial de eletricidade. Aqui, os produtos mais importantes não são megawatts enviados à rede elétrica, mas nêutrons, radioisótopos, dados experimentais e conhecimento científico.

O princípio nuclear, entretanto, é o mesmo. Núcleos de átomos de urânio podem sofrer fissão após a captura de um nêutron. O núcleo se divide, libera energia e produz novos nêutrons, alguns dos quais podem provocar novas fissões. Surge assim uma reação em cadeia. Para que um reator funcione de maneira controlada, é necessário regular a quantidade de nêutrons disponíveis para continuar essa reação.

É exatamente aí que aparece uma diferença fundamental entre um reator nuclear e uma bomba nuclear. No reator, a reação em cadeia é mantida sob controle. Barras contendo materiais capazes de absorver nêutrons podem ser introduzidas ou retiradas do núcleo, modificando a quantidade de nêutrons disponíveis para provocar novas fissões.

E aquela enorme quantidade de água?

Uma das características mais impressionantes de um TRIGA é justamente sua aparência. Em vez da imagem que muitas pessoas associam a uma central nuclear, encontramos um núcleo relativamente pequeno instalado no fundo de uma grande massa de água.

Essa água possui várias funções. Ela participa da refrigeração do núcleo, retirando o calor produzido pelas fissões, e também constitui uma importante blindagem contra a radiação. A grande coluna de água sobre o núcleo permite inclusive que atividades sejam realizadas na parte superior da instalação com proteção adequada contra a radiação proveniente do reator.

No TRIGA IPR-R1, a remoção do calor pode ocorrer por circulação natural da água. A água aquecida nas proximidades do núcleo torna-se menos densa e sobe; água mais fria ocupa seu lugar. Estabelece-se, portanto, uma corrente de convecção, conceito aparentemente simples das aulas de Física, mas que encontra aqui uma aplicação bastante concreta na tecnologia nuclear.

O combustível dos reatores TRIGA apresenta ainda uma característica especialmente interessante: o urânio encontra-se associado ao hidreto de zircônio (U-ZrH). O hidrogênio presente nesse material contribui para moderar os nêutrons, isto é, reduzir sua velocidade, favorecendo a manutenção controlada da reação de fissão.

Essa característica do combustível também confere aos reatores TRIGA uma propriedade importante de segurança: à medida que a temperatura do combustível aumenta, diminui sua capacidade de sustentar a reação em cadeia. É o chamado coeficiente de temperatura negativo. Em termos simplificados, um aumento da temperatura tende a reduzir a potência do reator, constituindo um mecanismo físico intrínseco que se opõe ao aumento descontrolado da reação.

Se ele não produz eletricidade, para que serve?

Talvez essa seja a parte mais interessante da história. Os nêutrons produzidos pelo reator podem ser utilizados como ferramentas de investigação científica.

Uma das principais aplicações atuais do TRIGA IPR-R1 é a análise por ativação neutrônica. Uma amostra é exposta ao fluxo de nêutrons do reator. Alguns núcleos presentes no material capturam esses nêutrons e formam isótopos radioativos. A radiação emitida posteriormente pode ser medida e utilizada para identificar e determinar a concentração dos elementos químicos existentes na amostra. É uma técnica extremamente sensível e aplicável a materiais muito diferentes.

Ao longo de sua história, o reator mineiro já foi empregado na análise de minerais, produção e irradiação de radioisótopos, estudos ambientais, pesquisas envolvendo novos materiais e aplicações relacionadas à saúde. Na década de 1970 e no início da década de 1980, por exemplo, teve participação em trabalhos ligados à prospecção mineral e à determinação de urânio em minérios. Em outro trabalho curioso, realizado na década de 1990, técnicas associadas ao reator foram empregadas na investigação da composição química de materiais utilizados na produção de cerâmicas por comunidades indígenas.

O TRIGA também desempenhou um papel importante na formação de profissionais da área nuclear brasileira. O curso de treinamento de operadores de reatores de pesquisa realizado no CDTN participou da formação de profissionais que posteriormente atuaram nas centrais nucleares de Angra. Atualmente, o reator continua sendo empregado em pesquisa, formação especializada, experimentos, irradiação de amostras e estudos relacionados à tecnologia nuclear.

TRIGA, Chernobyl e Angra não são a mesma coisa

A palavra “reator nuclear” reúne tecnologias bastante diferentes.

Os reatores de potência utilizados em Angra 1 e Angra 2 são do tipo PWR (Pressurized Water Reactor), ou reatores de água pressurizada. Neles, água mantida sob elevada pressão circula pelo núcleo e transporta o calor para um sistema que produzirá o vapor responsável pelo movimento das turbinas.

O reator de Chernobyl era do tipo RBMK, sigla russa normalmente traduzida como Reator de Canal de Alta Potência. Nesse projeto, grafite era utilizado como moderador e água leve como refrigerante. Características específicas desse projeto tiveram importância decisiva na dinâmica do acidente ocorrido em 1986.

Existem ainda os reatores que empregam água pesada (D₂O), como os CANDU canadenses. O deutério absorve menos nêutrons que o hidrogênio comum, proporcionando excelente economia de nêutrons e permitindo, nos projetos CANDU tradicionais, a utilização de urânio natural como combustível.

O TRIGA IPR-R1 pertence a outra categoria. É um pequeno reator de pesquisa, do tipo piscina, concebido não para produzir eletricidade, mas para fornecer condições controladas para experimentos, treinamento e utilização dos nêutrons e radioisótopos produzidos.

Um laboratório que atravessou gerações

Talvez o aspecto mais impressionante do TRIGA mineiro seja sua longevidade. Um equipamento inaugurado em 1960 continua tendo utilidade científica mais de seis décadas depois. Evidentemente, isso não significa que simplesmente permaneceu intocado durante todo esse período: instalações nucleares são submetidas a procedimentos de manutenção, controle, fiscalização e licenciamento próprios desse tipo de atividade.

Sua permanência também mostra algo que frequentemente passa despercebido quando se fala em tecnologia nuclear. Energia nuclear não significa apenas geração de eletricidade — e muito menos apenas bombas e acidentes. Técnicas nucleares aparecem na medicina, na indústria, na análise de materiais, no estudo ambiental, na formação de pesquisadores e em diversas outras áreas da ciência.

E tudo isso acontece em Belo Horizonte, dentro do campus da UFMG.

Muitos estudantes que passam todos os dias pela Avenida Antônio Carlos talvez nem imaginem que, a poucos metros deles, nêutrons produzidos pela fissão nuclear vêm sendo utilizados há décadas para ensinar, pesquisar e formar profissionais.

O único reator nuclear de Minas Gerais não ilumina nossas casas. Sua principal produção é conhecimento.