Pesquisadores do IPEN/CNEN desenvolvem bateria nuclear

Equipe multidisciplinar de pesquisadores do IPEN-CNEN realizou estudo pioneiro para o desenvolvimento de uma bateria nuclear utilizando Amerício-241.

Parte do grupo de pesquisadores do IPEN-CNEN que desenvolveram a bateria nuclear. Da direita para a esquerda: Maria Alice Morato Ribeiro, Carlos Alberto Zeituni, Eduardo Cabral e Antonio Belchior Júnior (Foto: E.R. Paiva/IPEN/CNEN)

A pesquisa foi conduzida nos Centros de Engenharia Nuclear (CEENG) e de Tecnologia das Radiações (CETER) do IPEN-CNEN com objetivo de encontrar uma alternativa energética para locais de difícil acesso ou em que haja necessidade de um fluxo ininterrupto de energia.

O projeto foi desenvolvido pelo CEENG e a bateria foi montada pelos pesquisadores do CETER, usando como combustível pastilhas de Amerício-241 que se encontravam no Serviço de Gestão de Rejeitos Radioativos (SEGRR). 

O pesquisador Eduardo Cabral, do CEENG, explica que a bateria nuclear é um dispositivo que utiliza o calor produzido pelo decaimento radioativo para gerar energia elétrica. Entretanto, para que o calor originado seja utilizado. é necessário um sistema de conversão de energia que, neste caso, são pastilhas termelétricas que geram energia elétrica quando submetidas a um gradiente de temperatura.

Embora o conceito seja simples e baterias nucleares sejam conhecidas desde no início do século XIX, a execução é complexa por razões que envolvem danos de materiais e proteção radiológica.

Carlos Alberto Zeituni, gerente e pesquisador do CETER, comenta que diversos radionuclídeos podem ser utilizados em uma bateria nuclear, dependendo do tempo de duração e potência desejados. Entre os mais utilizados, encontram-se o Estrôncio-90, o Plutônio-238 e o Amerício-241, que são materiais obtidos por meio do reprocessamento de combustível nuclear utilizado em reatores. Essa etapa do ciclo do combustível nuclear não é realizada no país.

Nessa bateria foram utilizadas 11 fontes de Amerício 241, que estavam armazenadas no SEGRR como rejeitos radioativos. Com autorização do Serviço de Radioproteção (SERAP) do IPEN, essas fontes, com cerca de 2,9 Ci, seguiram para os laboratórios do CETER após análise de estanqueidade efetuada no SEGRR. 

No CETER, foi realizada a análise dimensional e de atividade das fontes. Com essas informações, pesquisadores do CEENG definiram os termelétricos e projetaram um invólucro para transformar. de forma eficiente, a energia do decaimento radioativo das fontes em energia elétrica.

De posse de todos os materiais, foi construída a primeira bateria nuclear do Brasil. Em razão da limitação da quantidade de material radioativo, o aumento de temperatura gerado nesse protótipo é pequeno, sendo de cerca de 6º C, que em conjunto com o material termoelétrico utilizado, gera uma tensão elétrica de 20 milivolt. Como a meia vida do Amerício 241 é de 416 anos, após um ano ligada, a bateria mantém o desempenho inicial, produzindo quase a mesma quantidade de energia por centenas de anos.

A coordenadora do projeto, Maria Alice Morato Ribeiro, pesquisadora do CEENG, ressalta ainda que embora o material utilizado tenha baixa atividade, o experimento comprovou a viabilidade do conceito. Com materiais de maior atividade, seria possível construir uma bateria com capacidade suficiente para energizar, por exemplo, uma estação meteorológica remota.

Este desenvolvimento foi resultado de um projeto de pesquisa financiado por uma grande empresa nacional e seu êxito permitiu que o IPEN fosse agraciado com sua continuidade no intuito de produzir uma bateria nuclear para utilização em locais de difícil acesso.

É importante ressaltar que graças ao esforço conjunto dos pesquisadores de vários centros do IPEN-CNEN e do reaproveitamento de material radioativo armazenado, foi possível desenvolver e construir um protótipo de bateria nuclear, demonstrando a capacidade técnica de produzir esse tipo de equipamento no país.

Esse projeto abre a possibilidade de desenvolvimento de diferentes tipos de baterias nucleares, específicas para diferentes tipos de uso. O trabalho para viabilizar o licenciamento dessas baterias já foi iniciado.

Fonte: IPEN/CNEN