Quando um dos maiores terremotos modernos atingiu o Japa£o em 11 de mara§o de 2011, os reatores nucleares de Fukushima-Daiichi desligaram automaticamente, conforme planejado. Os sistemas de emergaªncia, que teriam ajudado a manter o resfriamento necessa¡rio do núcleo, foram destrua­dos pelo tsunami subsequente. Como o reator não conseguia mais se resfriar, o núcleo superaqueceu, resultando em um grave derretimento nuclear, como o que não era visto desde o desastre de Chernobyl em 1986.

Desde então, os reatores melhoraram exponencialmente em termos de segurança, sustentabilidade e eficiência. Ao contra¡rio dos reatores de águaleve em Fukushima, que tinham refrigerante la­quido e combusta­vel de ura¢nio , a geração atual de reatores tem uma variedade de opções de refrigerante, incluindo misturas de sal fundido, águasupercra­tica e atégases como o hanãlio.

O Dr. Jean Ragusa e o Dr. Mauricio Eduardo Tano Retamales do Departamento de Engenharia Nuclear da Texas A&M University tem estudado um novo reator de quarta geração , reatores de leito de seixo . Os reatores de leito de seixos usam elementos de combusta­vel esfanãricos (conhecidos como seixos) e um la­quido refrigerante (geralmente um gás).

"Existem cerca de 40.000 seixos de combusta­vel em tal reator", disse Ragusa. "Pense no reator como um balde realmente grande com 40.000 bolas de taªnis dentro."

Durante um acidente, conforme o gás no núcleo do reator comea§a a aquecer, o ar frio de baixo comea§a a subir, um processo conhecido como resfriamento por convecção natural. Além disso, os seixos do combusta­vel são feitos de carbono pirola­tico epartículas isotra³picas tristrestruturais, tornando-os resistentes a temperaturas de até3.000 graus Fahrenheit. Como um reator de temperatura muito alta (VHTR), os reatores de leito de seixos podem ser resfriados por circulação natural passiva, tornando teoricamente impossí­vel que um acidente como o de Fukushima ocorra.

No entanto, durante a operação normal, um fluxo de alta velocidade resfria as pedras. Esse fluxo cria movimento ao redor e entre as pedras de combusta­vel, semelhante a  forma como uma rajada de vento altera a trajeta³ria de uma bola de taªnis. Como vocêexplica o atrito entre as pedras e a influaªncia desse atrito no processo de resfriamento?

Esta éa pergunta que Ragusa e Tano pretendiam responder em sua publicação mais recente na revista Nuclear Technology intitulada "Estudo do manãtodo de elemento discreto-dina¢mica de fluidos computacional acoplada de fluxos de desvio em um reator de leito de seixos".

"Resolvemos a localização dessas 'bolas de taªnis' usando o Manãtodo dos Elementos Discretos, onde contabilizamos o movimento induzido pelo fluxo e o atrito entre todas as bolas de taªnis", disse Tano. "O modelo acoplado éentão testado em relação a s medições tanãrmicas no experimento SANA."

O experimento SANA foi conduzido no ini­cio dos anos 1990 e mediu como os mecanismos em um reator se intercambiam ao transmitir calor do centro do cilindro para a parte externa. Este experimento permitiu que Tano e Ragusa tivessem um padrãopara validar seus modelos.

Como resultado, suas equipes desenvolveram um modelo acoplado de Dina¢mica de Fluidos Computacional-Manãtodos de Elementos Discretos para estudar o fluxo sobre um leito de seixos. Esse modelo agora pode ser aplicado a todos os reatores de leito de seixos de alta temperatura e éo primeiro modelo computacional desse tipo a fazer isso. Sa£o ferramentas de alta­ssima precisão como essa que permitem aos fornecedores desenvolver reatores melhores.

"Os modelos computacionais que criamos nos ajudam a avaliar com mais precisão diferentes fena´menos fa­sicos no reator", disse Tano. "Como resultado, os reatores podem operar com uma margem maior, teoricamente produzindo mais energia e aumentando a segurança do reator. Fazemos a mesma coisa com nossos modelos de reatores de sal fundido para o Departamento de Energia."

Amedida que a inteligaªncia artificial continua a avana§ar, suas aplicações para modelagem e simulação computacional aumentam. "Estamos em um momento muito emocionante para o campo", disse Ragusa. "E encorajamos todos os alunos em potencial interessados ​​em modelagem computacional a entrar em contato, porque esse campo provavelmente ainda existira¡ por um longo tempo."