Último reator universitário em funcionamento no Japão enfrenta mudança dispendiosa de combustível e falta de financiamento

Um pequeno reator enfrenta uma carga de formação crescente

O reator de ensino da Universidade Kindai, em Higashiosaka, na prefeitura de Osaka, produz no máximo 1 watt de calor, menos do que a chama de uma vela. Mantê-lo disponível custa cerca de 200 milhões de ienes por ano, segundo a universidade, enquanto as taxas pagas pelas empresas e os subsídios governamentais para formação rendem apenas cerca de 6 milhões de ienes. Uma substituição obrigatória do combustível de urânio ameaça agora acrescentar uma despesa muito maior.

É o único reator universitário atualmente em funcionamento no Japão; a outra instalação ainda existente, na Universidade de Quioto, está temporariamente suspensa. Mais de 250 estudantes receberam formação na Kindai no ano fiscal de 2024. As empresas também o utilizam para investigação sobre tratamentos contra o cancro e experiências relacionadas com o desmantelamento de instalações nucleares.

Em setembro de 2022, o Japão e os Estados Unidos comprometeram-se a substituir o urânio altamente enriquecido por urânio pouco enriquecido e a devolver aos Estados Unidos o combustível existente. A conversão deverá custar dezenas de milhares de milhões de ienes, e espera-se que a Kindai suporte parte dessa despesa.

A pressão surge num momento em que o Japão se volta para uma utilização mais ampla da energia nuclear, após anos a procurar reduzir a dependência desta fonte na sequência do desastre de Fukushima Daiichi. O país também precisa de profissionais capazes de desmantelar reatores antigos em segurança. No entanto, os dados do Ministério da Educação mostram que o número de novos alunos em departamentos e cursos universitários relacionados com a energia nuclear caiu de 579 no ano fiscal de 1994 para 177 no ano fiscal de 2024.

O que aprendem os estudantes a 0,01 watts

Cerca de 20 estudantes da Universidade de Tecnologia de Fukui participaram numa sessão de formação em agosto, no Instituto de Investigação da Energia Atómica da Kindai. Acompanhando um painel de controlo, procuraram levar uma reação nuclear em cadeia a um estado estável.

Quando a leitura chegou a 0,01 watts, um estudante que participava no exercício anunciou o resultado:

0,01 watts. Atingimos a criticalidade.

Criticalidade significa que cada geração de fissões nucleares fornece neutrões suficientes para sustentar a geração seguinte. Num reator controlado, os operadores conseguem manter essa reação a um nível estável. Neste caso, os estudantes atingiram-na com apenas um centésimo da potência térmica máxima do reator.

O exercício permite aos estudantes relacionar cálculos com instrumentos, movimentos de controlo e uma reação em cadeia real. Um reator com uma potência térmica tão reduzida pode ensinar os princípios do funcionamento de um reator sem produzir eletricidade.

Genichiro Wakabayashi, professor no instituto da Kindai, descreveu o objetivo dessa formação:

Quero que os estudantes aprendam o que é a energia nuclear e como pode ser utilizada em segurança.

O guia das instalações do reator da Kindai indica que a consola de controlo, numa sala junto à sala do reator, foi concebida para que as operações de arranque, paragem e regulação da potência sejam adequadas à formação dos estudantes.

Como funciona o reator de ensino

O reator UTR-KINKI tem cerca de 2 metros de altura e 4 metros de diâmetro. É muitas vezes designado por reator de potência nula, devido à sua potência extremamente baixa. Utiliza água para abrandar os neutrões e grafite em torno do núcleo para refletir alguns deles de volta para o combustível.

Os neutrões mais lentos ajudam a sustentar a fissão no combustível de urânio. A grafite ajuda a manter neutrões disponíveis para a reação, enquanto as barras de controlo permitem aos operadores regulá-la. A Kindai indica que os instrumentos utilizados para controlar a potência do reator incluem cinco detetores de neutrões e quatro barras de controlo.

O núcleo contém 12 elementos de combustível planos, feitos de uma liga de urânio e alumínio e divididos em dois grupos de seis. Esta disposição compacta permite realizar experiências e formação, em vez de produzir o grande volume de calor necessário numa central nuclear comercial.

A Kindai afirma que o reator tem uma atividade gama residual muito baixa. A blindagem permite o acesso à sala do reator durante o funcionamento, e aí é feita a monitorização da radiação. Assim, os estudantes aprendem proteção radiológica juntamente com física dos reatores: a blindagem, a monitorização e o acesso controlado continuam a fazer parte do trabalho, mesmo com uma potência muito baixa.

Mais de seis décadas de utilização partilhada

A história do instituto da Kindai identifica o UTR-KINKI como o primeiro reator universitário privado do Japão. O seu desenvolvimento estendeu-se desde a criação do instituto, em 1960, até à posterior instalação de equipamento que alargou as possibilidades de investigação.

• Abril de 1960: A Kindai criou o Instituto de Investigação da Energia Atómica para fins de investigação e ensino.
• Agosto de 1960: Foi aprovada a instalação do reator.
• 11 de novembro de 1961: O reator atingiu a criticalidade pela primeira vez, com uma potência térmica de 0,1 watt.
• Outubro de 1974: A potência térmica máxima aumentou para 1 watt.
• Janeiro de 1984: Foram acrescentadas instalações para irradiação de pequenos animais, radiografia com neutrões e alargamento da irradiação vertical.
• 27 de setembro de 2022: O Japão e os Estados Unidos anunciaram o compromisso de converter o combustível do reator.

A radiografia com neutrões utiliza neutrões para examinar o interior de objetos, tal como uma imagem de raios X revela estruturas internas recorrendo a outra forma de radiação. As instalações de irradiação permitem aos investigadores expor amostras à radiação em condições controladas.

Estudantes das universidades de Osaka, Kobe, Nagoya e Kyushu estão entre os que utilizam o reator da Kindai para fins educativos e de formação. O instituto também organiza oficinas e seminários para professores e membros do público. O seu papel abrange, por isso, mais do que os estudantes inscritos na própria universidade.

Uma instalação muito ocupada com poucas receitas próprias

A Kindai mantém o reator em funcionamento cerca de 130 dias por ano, excluindo as inspeções e outras operações de manutenção. Além das aulas universitárias, empresas recorrem à instalação para projetos que vão desde investigação relacionada com tratamentos contra o cancro até simulações de trabalhos de desmantelamento nuclear.

Wakabayashi descreveu a pressão sobre o calendário:

(Está tão ocupado que) quase não há dias de folga.

A universidade estima os custos anuais de manutenção e segurança em cerca de 200 milhões de ienes. As taxas pagas pelas empresas e os subsídios governamentais para formação prática representam, em conjunto, cerca de 6 milhões de ienes. Essas receitas cobrem aproximadamente 3% dos custos anuais indicados, ficando a cargo da Kindai encontrar outras fontes para os cerca de 194 milhões de ienes restantes.

Esta comparação explica como pode haver um calendário de formação preenchido e, ao mesmo tempo, dificuldades financeiras. O reator serve estudantes de várias universidades e apoia a investigação externa, enquanto a Kindai suporta a maior parte das despesas recorrentes. O projeto de conversão, muito mais dispendioso, acresceria a esse encargo permanente.

Porque é necessário mudar o urânio

Os Estados Unidos forneceram originalmente o urânio altamente enriquecido utilizado na Kindai e procuraram recuperá-lo devido a preocupações com a sua eventual utilização em armas nucleares. O enriquecimento consiste em aumentar a proporção de urânio-235, a forma de urânio que sustenta facilmente uma reação em cadeia de fissão. O combustível pouco enriquecido contém uma proporção inferior à do combustível altamente enriquecido.

A Administração Nacional de Segurança Nuclear dos Estados Unidos (NNSA, na sigla inglesa) e o Ministério da Educação, Cultura, Desporto, Ciência e Tecnologia do Japão formalizaram o compromisso no seu anúncio de setembro de 2022. Acordaram converter o UTR-KINKI para combustível pouco enriquecido e devolver aos Estados Unidos todo o urânio altamente enriquecido.

A NNSA afirmou que a Kindai passara a ter o último reator de investigação do Japão que utilizava urânio altamente enriquecido, após a remoção desse material da Unidade Crítica da Universidade de Quioto. O acordo integra a Kindai num esforço mais amplo para reduzir a quantidade de material nuclear suscetível de ser utilizado em armas.

Após a conversão, o combustível existente deverá ser transportado em segurança para os Estados Unidos, onde será diluído para se tornar urânio pouco enriquecido, sujeito a outro método de eliminação, ou a ambos. A diluição consiste em misturar material altamente enriquecido com urânio que contenha menos urânio-235, reduzindo assim a sua concentração.

Jill Hruby, então administradora da NNSA, descreveu a cooperação bilateral durante a cerimónia de assinatura:

Apreciamos a nossa estreita relação bilateral com o Japão e esperamos anunciar a conclusão deste compromisso mais recente nos próximos anos.

Um compromisso de segurança com uma fatura elevada

Estima-se que a conversão custe dezenas de milhares de milhões de ienes. Espera-se que a Kindai pague parte desse montante, criando um segundo desafio financeiro, além do défice operacional anual. A mudança de combustível exige que o reator continue adequado às suas funções de ensino e investigação com o novo material.

Não foi anunciada uma data definitiva para a conclusão da conversão nem a repartição final dos custos. A declaração de Hruby, em 2022, referia a conclusão nos anos seguintes, sem indicar um prazo concreto para a universidade.

Ao anunciar o acordo com a Kindai, a NNSA descreveu um programa muito mais vasto. No início de 2022, o presidente dos Estados Unidos, Joe Biden, e o primeiro-ministro japonês, Fumio Kishida, tinham anunciado a remoção de mais de 30 quilogramas de urânio altamente enriquecido de três reatores de investigação japoneses.

Na altura, o Gabinete de Gestão e Minimização de Materiais da NNSA afirmou ter convertido ou confirmado o encerramento de 108 reatores de investigação e instalações de produção de isótopos médicos em todo o mundo. Indicou ainda ter removido ou confirmado a eliminação de quase 7275 quilogramas de material nuclear suscetível de ser utilizado em armas.

O desafio da Kindai situa-se na interseção entre esses objetivos de segurança e o financiamento do ensino. Os dois governos comprometeram-se a retirar o combustível existente, mas a continuidade da formação prática depende de a universidade conseguir suportar os custos da solução de substituição.

Menos estudantes, menos locais de formação

O Japão chegou a ter seis reatores de ensino instalados em universidades. Restam apenas dois e, com a suspensão temporária da instalação da Universidade de Quioto, a Kindai é a única universidade com um reator em funcionamento. Prevê-se que a formação prática em Quioto seja retomada, o mais cedo possível, no próximo ano fiscal, embora não tenha sido indicada uma data concreta.

Segundo os dados do Ministério da Educação, o número de novos alunos em departamentos e cursos relacionados com a energia nuclear foi de 177 no ano fiscal de 2024, em comparação com 579 no ano fiscal de 1994. Trata-se de uma descida de 402 estudantes, ou cerca de 69%. O número mais recente corresponde a aproximadamente 31% do valor anterior.

As estatísticas de estudantes de 2015 do ministério, baseadas nas suas Estatísticas Básicas das Escolas, mostram que a descida começou antes do desastre de Fukushima. O documento situa o pico de novos alunos no ano fiscal de 1992, seguido de uma descida, de uma recuperação iniciada no ano fiscal de 2007 e de nova queda após o sismo e o desastre de 2011.

O mesmo documento indica que o número total de estudantes inscritos atingiu o pico no ano fiscal de 1994. Os novos alunos correspondem aos estudantes que ingressam num determinado ano; o total de inscritos inclui também quem já se encontra a meio do curso. Os dois indicadores ajudam a explicar diferentes aspetos do estreitamento da via de formação.

Wakabayashi alertou para a influência que o acesso a um reator real poderá ter na escolha do local de formação dos futuros especialistas:

Se os reatores de ensino desaparecerem, os jovens poderão acabar por estudar no estrangeiro.

A necessidade de profissionais também abrange o desmantelamento de reatores

A viragem do Japão para uma utilização mais ampla da energia nuclear aumenta a necessidade de profissionais que compreendam o funcionamento dos reatores e a segurança radiológica. As instalações mais antigas também precisam de especialistas capazes de planear e executar o desmantelamento, o processo de retirar uma central de serviço em segurança e de lidar com as suas estruturas e materiais radioativos.

Shunji Matsuoka, professor de economia e políticas ambientais na Universidade de Waseda, afirmou que a experiência prática com reatores de ensino é importante tanto para o funcionamento das centrais comerciais como para o seu desmantelamento.

Matsuoka defendeu também que as universidades devem associar a formação técnica à prestação de contas perante o público. Disse que devem:

demonstrar transparência na forma como os reatores são operados, promover uma maior compreensão do seu valor para a sociedade e formar especialistas nucleares que sejam abertos e participem na vida da sociedade.

A Kindai já reúne vários elementos dessa tarefa: estudantes que aprendem a controlar reatores, empresas que testam ideias relacionadas com o desmantelamento de instalações e programas de educação pública. O problema de financiamento diz respeito à continuidade destas atividades, bem como ao compromisso internacional de substituir o combustível.

A questão central é como financiar uma instalação cujos utilizadores vão além da instituição responsável pela sua manutenção. Wakabayashi procura obter mais apoio governamental. Com as receitas anuais a cobrir apenas cerca de 3% dos custos de manutenção e segurança, e uma despesa avultada de conversão à vista, o pedido diz respeito tanto ao funcionamento quotidiano como à capacidade do reator para continuar a ensinar com outro combustível.

Pontos principais

• O reator da Kindai, em Higashiosaka, é o único reator universitário atualmente em funcionamento no Japão e formou mais de 250 estudantes no ano fiscal de 2024.
• A manutenção e a segurança custam cerca de 200 milhões de ienes por ano, face a aproximadamente 6 milhões de ienes em taxas pagas pelas empresas e subsídios governamentais para formação.
• Em setembro de 2022, o Japão e os Estados Unidos comprometeram-se a substituir o urânio altamente enriquecido e a devolver aos Estados Unidos o combustível existente.
• Estima-se que a conversão custe dezenas de milhares de milhões de ienes, e espera-se que a Kindai suporte parte da despesa.
• O número de novos alunos em departamentos e cursos universitários relacionados com a energia nuclear caiu de 579 no ano fiscal de 1994 para 177 no ano fiscal de 2024.
• A instalação apoia a formação para o funcionamento de reatores, a investigação e os trabalhos relacionados com o desmantelamento.