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AUTOR:

DCSCTilC^O P'.'Ci:-'TA HA rVT^^^^^T, C,\P1T^

VI^GfLIO " : . AIuJTlAPi; E rir. ' '::PTT-:

USTA TE DISTRIBUIÇÃO:

DTD

DIRETORIA IPR

CHEFIA DP/IPR

CHEFIA DT/IP?.

CHEFIA LN (2)

V.T. LEPECKY (DTD

R. B. PINHEIRO

W DE CÓPIAS

30

ODJLTIVO:

Descrever ñucir.tafonto a "ontagon Fuhor'tic?.

Capitu fornecendo os elcnentos mininos requerido?

pelo Velatorio de Segurança G para introdução đo

usuario ao Sistema.

RESUMO E CONCLUSÕES:

VISTO

TfifglÀoitJ

DATA APROVAÇÃO VISTO BATA

DESCRIÇÃO SUCINTA DA STTDCP.1TTCA CAPITU

Virgilio '•• Andrade

Silvestre Paiano

I. LOCALIZAÇÃO

A montagem Subcrítica Capitu situa-se no Laboratório

de Neutrônica, na ala direita do Prédio do antigo Hrupo do

Tõrio, Instituto de Pesquisas Eadioativas, Cidade Universi-

tária, Pampulha, en Belo Horizonte.

As Figuras IA, IB e IC são cortes sen escala do La-

boratório de Keutrónica, mostrando as posições do tanque ex

perimental, tanque de estocagera dos feixes de combustível ,

reservatório de água pesada, mesa de controle, central de

nitrogénio, escritórios e salas adjacentes.

A Figura 2 é uma representação esquemática ( fluxo-

grama ) do circuito da montagem.

II. DESCRIÇÃO GERAL

No Apêndice I temos uma vista geral do prédio da Sub

crítica em perspectiva.

II. 1 - Moderador •'"--.

',\ O moderador é água pesada. 0 teor isotópico ( certi^

ficado ) deste material antes do seu carregamento na Sub-

crítica era de 99,78%. A operação de carregamento-de D-0

3.

é descrita na referencia / ] / .

Todos os componentes são do aço inoxidável tipo AISI

304, execto o tanque experimental, quo é de alunínio tipo

AG. O apêndice II é uma cópia do Poletin de Análise deste

material.

0 moderador permanece constantemente sob atmosfera

de nitrogénio corn pressão de 0,003 Kg/cm" acina da pres-

são atmosférica, seja no tanque experimental, seja no re-

servatório de água pesada. O suprimento desse gás é fei-

to através de urna central de nitrogénio constituída por 20

garrafas đe 6 n cada f Pm painel de comando đa estacão

de nitrogénio permite controlar através đe válvulas de re-

gulagem automática a pressão desse gás em todo o circuito

ds Capitu. O ponto de orvalho do nitrogénio utilizado é

da ordem đe -20°C. O volume do reservatóx-io de D-O, tan-- 1

que experimetal e tubulações e đe cerca de 13 m .

II.2 - Tanaue Exnerinental

O tanque experimental é constituído por uma cuba on_

de fica situada a água pesada, pelo pedestal đe grafita

que suporta a cuba, pela coroa, que suporta a malha ( ret¿

culado ) do combustível e pela tampa giratória e escolti-

lha, que permitem o acesso a qualquer đos feixes đe corabus*

tível sem que a tampa propriamente dita seja removida. To-

do o peso da malha, feixes de combustível, coroa e tampa ê

suportado por colunas de aço. A cuba do tanque experimen-

tal não sofre quaisquer esforços mecânicos, a não ser acue

les resultantes do peso do moderador. A cuba acopla-se à

coroa por intermédio de uma cinta de borracha que provê a

estanqueidade do acoplamento.

A tampa giratória acopla-se a parte superior da co-

roa por meio de grampos e de uma junta inflãvel que garan-

te a estannueidađe do conjunto. r>Qsinflanđo-se a junta a

tampa passa a apoiar-se na coroa sobre u?n conjunto de role_

(1) Referida as condições normais de pressão e temperatura.

tes que permitem, a rotação da tarpa. !>sta situação, a

contaminação da água pesada nelo ar atmosférico é evita-

da pelo r-aída do nitrogénio «ria euhn pora a atmosfera.

A cuba rcpo'jia sô^re uri pedestal de rjrafita nu-

clear constituído por blocos de 20 cm por 20 cm por 80cn

de altura. V.o centro da base do pedestal de grafita G-

xisten cinco furos para introdução de fontes de neutror?.

O furo central tem 104 mr. de diâmetro e 600 ran de profun

điđađe; on demais furos têm 32 mm de diânetro e 530 tra

de profundidade e estão dispostos nos vértices de um qua

drado inscrito num círculo de 500 min de raio. U ia lâr.i-

na de cãdnio de 1 mm de espessura foi justaposta à super

fície lateral exterior da cuba e mais externamente tem-

se uma camada de parafina ( 5% polietileno ) de 20 cm

espessura.

O conjunto suberítico propriamente dito repousa sõ

bre mesa de concreto, cujas fundações são independentes

das do prédio.

A Figura 3 é uma vista de perfil deste conjunto.

II.3 - Malha e Feixes de Combustível

Os feixes de combustível são dispostos em reticula_

đos hexagonais. Os elementos de suporte dos feixes são

vigotas de aço inoxidável, dispostas radialnente, com a

extremidade interna em balanço e a extremidade externa a

parafusada a um anel. Este conjunto forma a malha. O

anel da malha, por sua vez é aparafusado â coroa. Os fe_i

xes são suspensos livremente nas vigotas, tendo como úni-

co ponto de apoio pequenos furos de forma cónica situados

no topo das mesmas. Todos os feixes de combustível são

previamente balanceados em estrutura especial situada ao

lado do tanque experimental. Um aparelho de aferição da

excentricidade do feixe, permite obter-se desvios da ver-

ticalidade da parte inferior do feixe ( situada a aproxi-

madamente 2 400 mm do ponto de apoio ) menores que .0,3nro,

5.

tomar.ao-se o ponto de anoia cono referencia.

As distancias entre os furos ce apoio dos feixns no

dorso das vigotas são tais que permitem obter reticulados

hexagonais com passos de 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27cn.

A ir.iprecisao no passo é inferior a 0,5 mm.

A malha e os feixes de conbustlvel são ilustrados

com detalhes na referência /2/.

11.4 - I'ontes de Neutrons

Aã fontes de neutrons inicialmente disponíveis são

um acelerador Kaman 200 Kv que pode operar em regime con-

tínuo ou pulsado ( 10 n/s em regime contínuo ) e duas7

fontes de Am-Be de 2 Ci cada ( total de 10 n/s ). Até

fins de 1974 deverá ser adquirida fonte de Cf-252 đa or-

dem đe 1 mg.

O acelerador está situado sob o pedestal de grafita.

O seu alvo penetra verticalnente na perfuração do centro

đa base do pedestal, até a altura máxima de 60 cm ( isto

é, até-um mínimo de 20 cm da base do tanque experimental).

Uma plataforma elevador permite movimentar o acelerador

verticalnente para fins de manutenção ou para otimização

da posição do alvo ou das fontes estáticas.

II.5 - Reservatório de figua Pasada

O reservatório de DJ3 está situado a 5,60 metros a

baixo da base da cuba do tanque experimental. Destina-

se ã estocagem de água pesada quando esta não se encontra

no tanque experimental. A água pesada ê transferida para

este último por meio de uma bomba. O retorno da água pe-

sada ao reservatório se faz por gravidade, acionando-se a

válvula pneumática situada na tubulação que liga o reser-

vatório ao tanque experimental. As transferências đe ã-

gua pesada entre ambos não provocam subpressões pois am-

bos são interligados pot linha de equalização de pressão

. \

2

6.

a nitrogénio ( 0,003 Kg/cn" ). A Fiqnra 2 ( fluxogratta )

ilustra esto tipo de operação. O tanquo reservatório ten

a forna de um cilindro con l->as»s cónicas. A secão reta

do cilindro ten altura de 1700 nra, diámetro interno de

2500 mm e diâmetro externo de 2508 ran.

II. 6 - Pistaría de Secagen e s de Entocaaen dos

Feixes de Cotihustivel

Como se vê na Figura 2, a unidade subcrltica Capitu

ten incorporada ao seu circuito um sistena ele secagsn e

de estocágem dos feixes de combustível. O sistema đe se-

cagem é constituído por uma ventoinha e dois reservatórios

cpntendo alun.ina, que é regenerada na própria linha, por

aquecimento através de resistências elétricas.

Esse sistema cumpre duas finalidades:

a) permitir a secagem de todos os componentes do cir

cuito antes da colocação de D-0 no mesmo;

b) permitir a secagem dos feixes de combustível após

a colocação da água pesada no circuito nas operações de nu

dança de configuração ou passo do reticulado.

A secagem dos feixes não é feita nos tanques đe es-

tocagem pois o revestimento desses tanques demonstrou não

ser estanque, permitindo a entrada de unidade através de

suas paredes, que são de concreto. Assim, foi instalada

uma câmara de secagen ( metálica ) , ao lađo đo tanque đe

estocagem. Esta seção de secagem ( Figura 2 ) é constituí^

da por um cilindro de alumínio com tampa hermética rsrr.oví-

vel, inserida na linha de secagem. A descrição desta cana

ra é detalhada na referência /2/. Ela permite a secagem

de quatro feixes ( de 70 mm de.diâmetro ) đe čađa vez de

forma segura e eficiente pois a velocidade de circulação

do gás de secagem no cilindro de alumínio-' ( volume de 140

litros ) será muito maior que nos tanques de estocagein(cer^

ca de 10 000 litros).

7.

A colocação đc ura feixe de combustível no tanauc ex-

perimental é feita:

- retirando-se o feixe dos tanques de estocagen;

- colocando-o na câmara de secagem o secando-o Dor

meio da ventoinha e secađcres;

- transportando-o da câmara đe secagem para o tanque

experimental por meio da ponte rolante.

Esta operação será feita ao ar. O tempo de transi^

to é inferior a 5 minutos.

II.7 - Medidores

A instrumentação existente no interior do tanque cons

ta de:

a> Medidores de Temperatura :

São resistências de platina encamisadas en aço, e co-

locadas em níveis, diferentes, na periferia do tanque. A lejL

tura das temperaturas é feita na mesa de comando. Três des

tes medidores estão instalados.

b) Sensor de Nível Máximo :

Consta de duas placas de aço con área aproximada de 2

cm e distantes de 1 cm. Qt.~r.Jo o moderador atinge estas

placas uma corrente circula através das mesmas e a bomba de

D20 é deslizada. A altura deste sensor pode ser variada

em função do tipo de combustível utilizado. No caso do com

bustível francês, a altura do sensor é tal que o nível do

moderador ficará cerca de 0,5 cm abaixo do parafuso de fi-

xação do tampão de alumínio das varetas. Vide referência

/3/ para descrição do combustível francês.

c) Dctetorcs âc Meutrons :

São dois detetores tipo !JF_ com dimensões de 25 tim de

diâmetro por 12,5 mm de conprinento e 12 an de diâmetro por

75 nm de conprinento ( ambos com. pressão do BF., de 40cn Kg ).

Estes detetores não pertencem ã instrumentação de controle .

Kies serão utilizados para red idas de distribuição do fluxo,

reativiđađe e controle da nultiplicação nas operações de car

ga de combustível.

Estes detetores estão colocados no interior de tubos

do aço inoxidável, que pender, da? vigotas da malha também

com a extremidade inferior livre. A verticalidade dos tubos

é, garantida por um pequeno lastro de chumbo colocado na sua

extremidade inferior (internanente ao tubo). A alta tensão é

levada ao interior do tanque por meio de» cabos coaxais de

75 Q. Estes cairos tiveram a sua proteção externa substituída

por tubos đe teflon. Ruchas de aço inoxidável constituídas

sob nedida e o use de "o-rir.gs" permiten a nassagei destes

cabos através das paredes do tanque sem perda da estancmeida_

de. As penetrações nó parede lateral da coroa do tanque ex-

perimental e o sistema de suspensão dos detetores internos

são descritos na referência / 4 / .

A instrumentação existente no exterior do tancue cons

ta de

a) Detetores para TTeutrons Térmicos :

São dois detetores de BF-,, coh 125run đe comprimento e

25mm de diâmetro (pressão de RF_ de ¿Ocra Hg) colocados entre

a superfície exterior đo tanque experimental e a lâmina de

cádmio que o circunda.

b) Detetores oara Neutrons cánidos :

Dois detetores cora as mesnas características dos an-

teriores, porém "colocados junto das paredes do poço da sub

r9.

critica, e cnvolton oor D .i ra fina o, externnnente, cãdnio.

c) Detetores de í^^iacão ^ana :

São dois contadores tipo H" tamben colocados nas pa-

redes do poço da subcrítica.

d) Detetoras de Fuera ce 0?0 :

São coletores de aço inoxidável, colocados sob cer-

tos pontos da tubulação ( saída do reservatório, bomba đs

D_0, válvula pneumática ). Os coletores têm a forna de ban-

deja, em cujo centro existe un eletrodo ( envolto por um al-

gpdão enbcbido en KH.C1 ) ao qual se aplica a tensão de 110

VAC. Em caso de fuqa, o sal entra er1, solução, e una corren-

te elétrica passa pele eletrodo. 0;n alarme sonoro é dispara_

do em todos os casos de fuca. Se a fu7a for na válvula pneu

mãtica, .esta abrir-se-á, e a áqua pesada será recolhida ao

reservatório. Kste sistena no-?e ser acionado por vazamentos

da orden de dezenas de mililitro?.

e) Medidores de Nível :

0 sistema é provido đe dois medidores đe nível, um

situado na cuba do tanque experimental e outro no reservató-

rio õe D2°* Estes medidores constara de bóias de forma cilíri

drica no interior das quais estão incrustados peouenos imãs

permanentes. Estas bóias percorrem o interior de um tubo de

aço inoxidável e ura anel de material magnético colocado ex-

ternanente a este tubo dá uma indicação đo nível. Em rela-

ção ao medidor de nível da cuba do tanque experimental, as

seguintes observações são feitas :

1} o medidor é perfeitamente seguro quanto ã estan-

queidade, mas a indicação de nível é pouco precisa, da ordem

de 1 cm.

10.

\2) o nee1 .idor de nível está instalado na linha de en

t/rada e salda do moderador da cuba- do tanque experimental e

per esta razão seríente são confiáveis as leituras feitas

e:n reaime estático.

A instrumentação descrita na secção 11.7, co"i exce-

ção dos nedidores de nível e detetores de neutrons instala-

dos no interior do tanque se reporta ã mesa de comando cuja

descrição e operação são dadas nas referências /5/ e /6/.

O medidor de nível e sua performance são descritos

na referência /7/.

LI.

III. BIBLIOGRAFIA

Para una descrição detalhada da Montagem Subcrítica

Capitu, vide o relatório SERETE a respeito, existente nos

arqaivos do Laboratório de Heutronica.

/l/ ANDRADE, V.'!. ,

/2 / ANDRADE,'V. M.,

PAIAKO,M.,rAIANOrS.

/4 / PAIANO, S.

/5/ OLIVEIRA» J.A.O'. e

Outro

/6/ GOMES, J. M.,

/7 / REZENDE,M.F.R.,

Relatórios sobre a Colocaçlo de

Agua Pesada na Capitu, F CTA C::A

08/73, IPR.

Relatório Final de "ontagem da

Subcrítica Capitu, KOTA G>\A 15/

73,IPP..

Descrição da Prineira Carga da

Subcrítica Capitu !TOTA onA 04/

73, IPi?.

Exploração Prelininar da Subcrí^

tica Capitu cora Agua Leve ITOTA

GNA 05/73, IPR.

í-Tota Preliminar sobro » y.esa. de

Comando da Subcrítica Capitu ,

»JOTA GNA 07/73, IPR.

Manual de Operação da Subcríti-

ca Capitu, ( Mesa de Comando )

NOTA GNA 03/73

Medida d j Nível đe D_O na Sub-

crítica Capitu, riOTA LN 01/74,

IPR. V " -

* * = * * =

'IPR

I T

CENTRAL OENITROGÉNIO

looooooooolj I 11

f l

LABORATORIO OE

CONTAGENS

1ESCRITORIO

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MESA DE CONTROLE

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LABORATORIO

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-Q-E3CRITORI0

TÉCNICO ALMOXARIFASO

|2 PAVIMENTO - LAB NEUTRONICA figura 1 A

1 .

TAMPA G¡RATOHIA_

"""TV? JUNTA CE BORRACK.:

CADMIO flninO^ff g

PEDESTAL DEGRAFITE

Figura IB

! i

1 - TANQUE EXPERIMENTAL

2 - ESCOTILHA ĐA TAMPA

3 - TAMPA DO TANOUE EXP.

4 - BLINDAGEM DE PARAFINA

9 — PLATAFORMA MÓVEL DO ACELERADOR

10—TANQUE RESERVATÓRIO DE 0 2 0

II - BOMBA DE D 2 O

12— VÁLVULA DE ESFERA

S - BLINDAGEM DE CADMIO (1mm) 1 3 — VÁLVULA DE RETENÇÃO

« _ PEDESTAL DE GRAFITA 1 4 - VÁLVULA PNEUMÁTICA

7 - MCSA DE CONCRETO »3— CSTOCAOEM DE ELEMENTOS COMBUSTÍVEIS

e - ACELERADOR _ ' I G - TUPO EOUALIZADOR DE PRESSÃO

1 7 - SEÇKO DE SECAGEM DOS TtlXES COMDUST1VEIS

10

C B T N / D T D / I P R / O I V P R O J E T O S G N A

ELEMENTOS OASICOS DA MONTAGEM

SU8CRITICA CAPITU CORTf LONGITUDINAL

ÇA.ALMEIOACOP I jo Hiunno_

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b«cv:¿f¿i&&M

INSTITUTO DE PESQUISAS RADIOATIVASCOMPANHIA BRASILEIRA DE TECNOLOGIA NUCLEARBELO HORIZONTE — MINAS GERAIS — BRASIL

—

i ¡TT \ \ \ \

/ / / / IJYL

1 — TANQUE EXPERIMENTAL

2 — ESCOTILHA DA TAMPA

3 — TAMPA DO TANQUE EXPERIMENTAL

4 — BLINDAGEM DE PARAFINA

5 — BLINDAGEM DE CADMIO

6 — PEDESTAL DE GRAFITA

7 — MESA DE CONCRETO

8 — ACELERADOR

9 — PLATAFORMA MÓVEL DO ACELERADOR -

10 — TANQUE RESERVATÓRIO DE D...0

U — BOMBA DE D2O

12 — VÁLVULA DE ESFERA

13 — VÁLVULA DE RETENÇÃO

14 — VÁLVULA PNEUMÁTICA

15 — ESTOCAGEM DE ELEMENTOS COMBUSTÍVEIS

16 — TUBO EQUALIZADOR DE PRESSÃO

17 — SECADORES

18 — MESA ĐE CONTROLE

19 — SEÇAO DE SECAGEM

2 0 — PONTE ROLANTE

2 1 — FEIXE DE COMBUSTÍVEL-

22 — MEDIDOR DE NIVEL

O conjunto sub-crítico que hoje se inaugurafoi projetado como instrumento adequado àobtenção de dados relativos ao ciclo decombustível nuclear.

O projeto, iniciado no contexto do Convénioentre a Comissão Nacional de Energia Nucleare a Universidade Federal de Minas Gerais,prosseguiu sob os auspicios da CompanhiaBrasileira de Tecnologia Nuclear, e é hojeentregue aos nossos pesquisadores.

CAPITU * é um conjunto sub-crítico a óxidode urânio natural (UO..), moderado a águapesada (D.O). Permitirá obter, a baixo custo.um grande número de informações sobresistemas críticos de composição semelhante.

0 combustível (UOj), sob a forma de pastilhas.é encerrado em tubos de alumínio, formandovaretas que se agrupam em feixes. Um sistemaespecial de suspensão por vigotas proporcionagrande flexibilidade no arranjo dos feixesem geometrías hexagonais.

0 moderador (D»O), no qual está mergulhadoo combustível, está contido em um grandetanque de alumínio que repousa sobre umpedestal de grafita. Um acelerador, de 'partículas fornece os neutrons que produzemfissões no urânio.

O projeto, 'a construção e a exploração dasub-crítica CAPITU representam importanteexperiência integrada no campo da tecnologiade reatores. A execução dos sistemas decontenção da água pesada e de suspensão docombustível exigiram alta qualidadede materiais e de serviços.

O esforço conjugado dos técnicos do Institutode Pesquisas Radioativas, orientados portécnicos do Comissariat a' l'Energie Atomique,e das firmas contratantes nacionais, permitiusatisfazer às rigorosas especificaçõesda indústria nuclear.

* CAPITU (Conjunto a Acua Pesada ITono Urânio).

FICHA TÉCNICA

TANQUE EXPERIMENTAL (fabricação nacional):

— coroa e tampa giratória : aço inoxidável 304

— cuba : aluminio (equivalente ao tipo AG-3 francês)diámetro interno : 1800 mmdiâmetro externo: 1820 mmaltura : 2200 mmrevestimento externo: 1 mm de Cádmio, 200 mm de parafin«

— malha: 108 vigotas radiais de aço inoxidável 304dimensões transversais: 13 x 305 mmcomprimento: de 68 a 810 mmreticulado hexagonalpassos possíveis: 13. 15. 17. 19. 21, 23, 25. 27 cm

— pedestal: grafita nuclear (origem francesa)altura : 840 mm

RESERVATÓRIO DE AGUA PESADA (fabricação nacional):

— ianquï de aço inoxidável 304diâmetro interno: 2500 mmdiâmetro externo: 2508 mmvolume da secção reta: 8,34 nv

MESA DE COMANDO (fabricação nacional):

— canais de medida:temperatura (3)neutrons térmicos (2)neutrons rápidos (2)radiação gama (2)sensor de nivel máximo (1)detetor de fugas de O2O (4)

MODERADOR: água pesada (origem americana)

concentraçio molecular inicial: 99.78%volume inicial: 5,567 m3-condutividade: 1,2 ; l mho cm

— circulação: bomba (fabricação alema)razio de bombeamento no sistema : 200 t / min

COMBUSTÍVEL: 1* carga (fabricação francesa)

— material: óxido de urânio natural (UO.)densidade média: 9,82 e/cn*>ditmttro da« pastilhas: 16,2 mm

— revestimento: alumínioditmttro interno: 17 mmdiâmetro txtcrno: 19 mm

— número d« feixes: 61configuração: 70FImassa de UO,.*• 1739.55 kg

a

SISTEMA DE SECAGEM (fabricação nacional)

— ventiladorvazio na prtssio de 20C mm H,0: 40 m» /ri

— material higroscópico: óxido de aluminio

.— medidor de ponto de orvalho .(fabricaçio francesa)ponto de orvalho do sistema antes do carregamento cem D2O: — 6°C

FONTE DE NEUTRONS (origtm americana):

— acelerador de 200 Kvintensidade máxima: 1011 n/s.

— fonte: Am-Beintensidade: 10' n/s.