Instituto de Estudos Avançados

Subdivisões

Subdivisão de Engenharia e Física de Reatores (ENU-E)

Chefe: Dr. Abel Antônio da Silva [lattes] [email]

À Subdivisão de Engenharia e Física de Reatores (ENU-E) compete: realizar pesquisa e desenvolvimento nas áreas de neutrônica, blindagem de radiação, queima de combustível nuclear, cinética de reatores, transferência de calor, mecânica dos fluidos e materiais aplicáveis à energia nuclear; desenvolver, aplicar, verificar e validar métodos computacionais em transporte de partículas e radiação; projetar e analisar núcleos de reatores; realizar pesquisa na área de sistemas térmicos, incluindo em especial ciclos térmicos e componentes, aplicados ao balanço de planta de reatores nucleares; realizar pesquisas relacionadas a bibliotecas de dados nucleares avaliados e sistemas de processamento de dados nucleares. Compete ainda a Subdivisão operar e manter o seu Laboratório Computacional;

A Subdivisão de Engenharia e Física de Reatores (ENU-E) é constituída pelo Laboratório de Sistemas Térmicos “Viviane H.T.R. Hirdes” (LST).

 Subdivisão de Aplicações das Radiações (ENU-A)

Chefe: Dr. Claudio Antonio Federico [lattes] [email]

À Subdivisão de Aplicações das Radiações (ENU-A) compete:  realizar pesquisa e desenvolvimento sobre as interações e os efeitos das radiações ionizantes em materiais, dispositivos e sistemas voltados para:

I - o ambiente aeroespacial e sistemas aeroespaciais;

II - aplicações, dosimetria e transporte das radiações ionizantes;

III - defesa radiológica e nuclear, bem como, para a radioproteção do ser humano, equipamentos, instalações e meio ambiente.

A Subdivisão de Aplicações das Radiações (ENU-A) é constituída pelo Laboratório de Radiação Ionizante (LRI) e Laboratório de Dosimetria Aeroespacial (LDA).

Laboratórios

Laboratório de Sistemas Térmicos “Viviane H. T. R. Hirdes” (LST)

Ao Laboratório de Sistemas Térmicos “Viviane H. T. R. Hirdes” (LST) compete: prestar apoio técnico a projetos e atividades no desenvolvimento de ciclos térmicos, que possibilitem a transformação de calor em energia elétrica e/ou efeito propulsivo, no desenvolvimento de tubos de calor para transferência e rejeição passiva de calor e no desenvolvimento de turbinas passiva multi fluido para aplicações nucleares e aeroespaciais.

Laboratório de Radiação Ionizante (LRI)

Responsável: Eng. M.C. Antonio Cintra Pereira [email: Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.]

O Laboratório de Radiação Ionizante (LRI) é uma instalação de irradiação e ensaios, que conta com uma fonte de raios gama (Co-60) e uma fonte de nêutrons. As atividades do laboratório são voltadas para simulação acelerada de radiação cósmica para testes e estudos dos seus efeitos transientes (SEE) e permanentes (danos) em componentes semicondutores, componentes lógicos, processadores, memórias, circuitos analógicos/digitais, fibras ópticas, materiais, sensores e demais dispositivos eletro-ópticos, para a sua qualificação para uso em satélites, sondas, e aeronaves. A instalação tem estrutura para operação remota, de forma que experimentos longos podem ser conduzidos em regime 24/24h, sem interrupções.

O Laboratório conta com uma equipe especializada na área técnica para propor, preparar e executar ensaios de radiação em componentes e sistemas eletrônicos. Para a preparação dos experimentos, é usada a infraestrutura do Laboratório de Caracterização de Dispositivos Semicondutores, que conta com os equipamentos para medidas elétricas, e do Laboratório de Dosimetria Aeroespacial (LDA) para a caracterização e padronização dos campos de radiação.

Abaixo são apresentados alguns detalhes técnicos das fontes atualmente disponíveis para ensaio no LRI:

1. Fonte gama: ⁶⁰Co, energia média de 1,23 MeV, range de taxa de dose aproximado entre 0,1krad/h(ar) a 5 krad/h(ar) (1Gy/h a 50Gy/h). Uma planilha que permite o cálculo das doses para diferentes condições de ensaio no LRI pode ser solicitada junto aos responsáveis.

2. Fonte de nêutrons de Deutério-Trítio (DT), energia média de 14 MeV, Fluência máxima de 4x10⁴ n/(cm².s) a 20cm da fonte.

A agenda de ensaios do LRI é dinâmica e a solicitação de ensaio segue uma metodologia descrita na aba "Solicitação de Apoio/Ensaio".

Laboratório de Dosimetria Aeroespacial (LDA)

O Laboratório de Dosimetria Aeroespacial (LDA) possui a finalidade de prover apoio técnico científico para pesquisa e desenvolvimento da radioproteção aeroespacial e na Defesa. Em especial foi concebido para apoiar pesquisas relacionadas a medições da dose de radiação ionizante em aplicações de interesse aeroespacial e de Defesa, incluindo seus efeitos em aviônicos, tripulações, materiais e demais sistemas aeroespaciais; desenvolver, implementar e qualificar sistemas detectores e dosimétricos de radiação ionizante para os ambientes aeroespacial e nuclear; realizar medições e análises de amostras radioativas e blindagens para fins de radioproteção, controle de rejeitos radioativos e monitoração ambiental e realizar simulações dos campos de radiações ionizantes e sistemas neles operantes, como também em outros ambientes de radiação em emergências e em acidentes radiológicos ou nucleares, e eventos de DQBRN (Defesa Química, Biológica, Radiológica e Nuclear).

Os seguintes equipamentos estão disponíveis no Laboratório de Dosimetria Aeroespacial (LDA), alguns dos quais já previamente aferidos para o campo de radiação cósmica, em laboratórios no exterior:

1. Contador proporcional tecido equivalente - TEPC: trata-se de um equipamento que proporciona a medição do espectro de energia lineal das partículas no tecido humano. O resultado pode ser convertido para dose equivalente e consiste no equipamento padrão ouro para a determinação da dose equivalente no ambiente aeroespacial.

      2.Espectrômetro de partículas que mede energia depositada no silício, com conversão para equivalente de dose ambiente.

3. Fantoma Antropomórfico para Testes e Irradiação e Monitoramento Aeroespacial (FATIMA): trata-se de um simulador do organismo humano, modelo Alderson-Rando, que simula a constituição anatômica do organismo e permite analisar a distribuição de dose dentro dos órgãos específicos do corpo humano.

4. Sistema de dosimetria termoluminescente contando com leitora e pastilhas termoluminescentes de diferentes tipos para fótons e nêutrons (LiF, CaSo4, ..).

Projetos

Projeto TERRA – Tecnologia de Reatores Rápidos Avançados

Gerente do projeto e Contato: Maj Av. Nicolas Eilers Smith Santana [e-mail] Tel.: (12) 3947-5500

Objetivo geral – propiciar o desenvolvimento de tecnologias que permitirão a aplicação da energia nuclear para a geração de energia elétrica e efeito propulsivo nos dispositivos espaciais brasileiros, tais como: satélites e naves espaciais.

Uma visão de futuro para o Comando da Aeronáutica é a necessidade do poder aeronáutico tornar-se, ainda neste século, poder espacial. A preocupação com a região do espaço na órbita da Terra ocorre devido a uma vasta gama de atividades, como aquelas relacionadas a telecomunicações, controle da ocupação humana, acompanhamento do desmatamento e das fronteiras da Amazônia azul, previsão climática. Além disso, há possibilidades de exploração do espaço profundo, com vistas a pesquisas e exploração de recursos. Sabe-se que existem praticamente todos os elementos químicos no cinturão de Asteróides, localizados um pouco além da órbita de Marte, sem contar a existência de água na Lua, em asteroides e outros corpos celestes.

A exploração econômica do espaço profundo requer a presença Humana de forma mais perene, o que irá necessitar, obrigatoriamente, de grande quantidade de energia, seja para gerar eletricidade, seja para propulsão. Com base nas tecnologias disponíveis e viáveis até o momento, esse objetivo não pode ser alcançado sem o uso da energia nuclear. Assim, evidencia-se um momento forte para a utilização de reatores nucleares no espaço, sem contar na atual existência de condições e interesses políticos e econômicos, que antes não eram tão presentes.

 Neste contexto, o projeto TERRA é bastante oportuno e, com o seu desenvolvimento, o Brasil pode tornar-se membro do seleto grupo de países que possuem e utilizam a tecnologia nuclear no espaço, promovendo desenvolvimento tecnológico e acesso a riquezas que, de outra forma, não podem ser obtidas. Assim, o projeto TERRA pode dar ao Brasil a oportunidade de desenvolver tecnologias nucleares para aplicação espacial dentro de uma janela de oportunidade favorável, a partir de nossas capacitações, com soluções próprias que busquem a autonomia nacional.

Entre as tecnologias consideradas estratégicas para serem investigadas estão os elementos combustíveis e seus materiais, núcleos e seus arranjos geométricos, ciclos térmicos conversores de energia térmica em elétrica (Brayton e Stirling), tubos de calor e seus sistemas eliminadores passivos de calor residual, conceitos alternativos de turbinas (como a turbina de Tesla), dentre outras.

Projeto CITAR – Circuitos Integrados Tolerantes à Radiação

Gerente local e Contato: Dr. ‪Odair Lelis Gonçalez [email]

Tel.: (12) 3947-5501

Este projeto visa à consolidação de competência para a realização do ciclo completo de desenvolvimento (especificação, projeto, simulação, layout, envio para fabricação, encapsulamento, teste e qualificação) de Circuitos Integrados tolerantes a radiações, para aplicações aeroespaciais e afins. O uso de componentes eletrônicos com tais características é de extrema importância para sistemas aeroespaciais, visto que estão constantemente submetidos a radiações ionizantes (no espaço e na atmosfera).

Devido ao caráter estratégico do setor aeroespacial, existe um histórico de embargos, atrasos e limitações nos processos de importação de componentes específicos de forma que vários projetos do setor foram prejudicados e até mesmo encerrados. Portanto, apesar de haver uma grande disseminação de conhecimento teórico dos efeitos da radiação em eletrônicos, o conhecimento de aplicação e desenvolvimento é restrito de forma que é necessário que o Brasil desenvolva tal tecnologia de forma autóctone.

Neste projeto, o escopo concernente ao IEAv é:

1) Promoção de cursos de pós-graduação na área de circuitos tolerantes à radiação;

2) Projetos, simulações e ensaios de blocos básicos de circuitos eletrônicos (como amplificadores operacionais, comparadores e referências de tensão/corrente);

3) Estudo de técnicas de projeto e layout que melhorem o desempenho de circuitos em radiação;

4) Realização de ensaios de radiação em componentes eletrônicos produzidos no projeto;

5) Assessoramento na elaboração do planejamento de ensaios de radiação.

Projeto ERISA-D – Efeitos da Radiação Ionizante em Tripulações, Sistemas Aeroespaciais e Defesa

Gerente do projeto e Contato: Dr. Claudio Antônio Federico [email]

Tel.: (12) 3947-5504

O ERISA-D é um projeto que visa à consolidação de capacitação na área de Efeitos da Radiação Ionizante em três áreas: Sistemas Aeroespaciais, Tripulação e Defesa. A importância disso é devido ao fato de a radiação ionizante, seja de origem natural seja oriunda de sistemas humanos, afetar tanto sistemas eletrônicos quanto biológicos, modificando seu funcionamento. Dessa forma, missões envolvendo ambientes sujeitos à radiação podem ter seu desempenho modificado por causa disso, evidenciando, assim, a importância de medidas de proteção de sistemas e mitigação de efeitos.

Na área de Sistemas Aeroespaciais, o objetivo é fornecer à força aérea brasileira e ao programa espacial sistemas que sejam tolerantes à radiação ionizante, seja pela confecção desses circuitos no Brasil seja pela caracterização de circuitos adquiridos de terceiros ou circuitos comerciais (COTS). Dessa forma, a pesquisa consiste na criação de uma biblioteca de circuitos eletrônicos tolerantes à radiação de uso geral e específico (aeroespacial), bem como a consolidação do processo de qualificação desses sistemas, utilizando-se dos Laboratórios da ENU-A. Cabe ressaltar que o projeto também abrange simulações e medições dos ambientes radioativos de operação aeroespacial, as quais são fundamentais para uma correta estimativa dos riscos para os sistemas embarcados e a avaliação experimental de blindagens para radiação ionizante.

Na área de Tripulações, o objetivo é conhecer o campo de radiação no interior de veículos aeroespaciais de forma a se determinarem os riscos aos quais as tripulações estão sujeitas e as medidas de proteção aplicáveis. Para isso, é necessária, inicialmente, a caracterização do ambiente por meio de simulações computacionais e equipamentos de medição específicos, embarcados em voos. Com isso e com uma análise técnica especializada, baseada em normas internacionais de radioproteção, podem ser sugeridos limites e recomendações para garantir a saúde das tripulações que devam executar operações em tais ambientes.

Na área de Defesa, o objetivo é dominar tecnologias de apoio a missões em áreas afetadas por eventos DQBRN. Engloba o conhecimento da expansão de plumas radiativas e nucleares em um determinado ambiente visando à determinação das contramedidas necessárias à contenção de um evento radiológico ou das medidas de proteção necessárias à execução de missões nas áreas afetadas. Dessa forma, a pesquisa se inicia na criação do ambiente de simulação capaz de simular os eventos físicos baseando-se em dados geográficos e climatológicos e sua integração com o ambiente de simulação operacional de forma a se determinarem as contramedidas necessárias para a resolução dos problemas práticos, ou guiar a condução das missões de maneira a minimizar os riscos e doses de radiação a serem recebidas durante sua execução. Também fazem parte dessa área a determinação experimental e validação de ameaças por medição direta com diferentes tecnologias avançadas, tais como o uso de drones ou tecnologia TeraHertz.

Um Flyer com as informações básicas de divulgação do projeto ERISA-D pode ser baixado aqui.

Solicitação de Apoio/Ensaio

ORIENTAÇÃO PARA SOLICITAÇÃO DE ENSAIOS NO LRI OU LDA DO IEAv

Esta orientação tem por objetivo apenas oferecer um roteiro prático para organizações externas ao IEAv solicitarem ensaios junto ao Laboratório de Radiação Ionizante (LRI - https://pnipe.mctic.gov.br/laboratory/5751) ou ao Laboratório de Dosimetria Aeroespacial (LDA - https://pnipe.mctic.gov.br/laboratory/5777) do IEAv, e não substitui ou sobrepõe à outras normas ou instruções em vigor.

Passos para solicitar ensaio:

1 – Faça um contato informal prévio com a Subdivisão de Aplicações das Radiações Ionizantes (ENU-A) (e-mail: Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. ) para avaliar preliminarmente a factibilidade do ensaio pretendido.

2 - Envie um e-mail, de seu e-mail Institucional, para a Assessoria de Relações Institucionais do DCTA (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. , com cópia para Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.), encaminhando um Ofício de sua Instituição, endereçado ao Diretor-Geral do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial, Ten-Brigadeiro do Ar Maurício Augusto Silveira de MEDEIROS. O Ofício deve solicitar apoio para realizar o ensaio pretendido, e deve citar o ensaio desejado (exemplo: irradiação de amostras de XXX), o Laboratório do IEAv que poderia realizá-lo (LDA ou LRI, do IEAv, conforme acima), e a finalidade do ensaio (importante informar se trata-se de trabalho acadêmico ou de pesquisa científica, sem fins comerciais).

3 – Após receber um retorno positivo, preencha (no que souber) a ficha de solicitação de ensaio disponível "aqui".

4 – Envie a ficha para a ENU-A (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.), solicitando o agendamento de uma reunião, em que será designado o POC para o ensaio e serão discutidos os detalhes técnicos e o agendamento do ensaio, dentro da disponibilidade do laboratório e da necessidade do solicitante.

Se tiver dúvidas, contacte a ENU-A (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. ou tel (12) 3947-5505)

Linhas de Pesquisa

Transporte de radiação

É a base teórica da subdivisão. Utiliza Física e Engenharia Nuclear, Matemática e Computação, para determinar as características dos campos de radiação, tanto por métodos determinísticos quanto por métodos estatísticos.

Blindagem de radiação

São estudados os efeitos das radiações existentes no espaço, em componentes eletrônicos. A radiação cósmica influencia no funcionamento de satélites e nas doses de radiação a que são expostos pilotos de aeronaves e astronautas. A energia das partículas carregadas presentes no espaço podem ser depositadas em componentes eletrônicos levando a falhas no seu funcionamento ou em tecidos humano levando a danos na saúde.

A neutrônica de reatores realiza simulações computacionais de núcleo de reatores nucleares. Além dos reatores térmicos, são estudados os reatores rápidos que poderão se tornar a próxima geração de reatores nucleares terrestres e espaciais. Suas vantagens principais são: a economia de combustível, a pequena geração de lixo radioativo e seu tamanho reduzido.

Calcula as barreiras de proteção para evitar danos biológicos e materiais. Determina os materiais absorvedores apropriados, e sua espessura, visando à proteção adequada. A blindagem se faz necessária em situações onde a radiação esteja presente, por exemplo: aparelhos de raios-X; aceleradores de partículas; reatores nucleares etc.

Radiação Cósmica

São estudados os efeitos das radiações existentes no espaço, em componentes eletrônicos. A radiação cósmica influencia no funcionamento de satélites e nas doses de radiação a que são expostos pilotos de aeronaves e astronautas. A energia das partículas carregadas presentes no espaço podem ser depositadas em componentes eletrônicos levando a falhas no seu funcionamento ou em tecidos humano levando a danos na saúde.

Neutrônica de reatores nucleares

A neutrônica de reatores realiza simulações computacionais de núcleo de reatores nucleares. Além dos reatores térmicos, são estudados os reatores rápidos que poderão se tornar a próxima geração de reatores nucleares terrestres e espaciais. Suas vantagens principais são: a economia de combustível, a pequena geração de lixo radioativo e seu tamanho reduzido.

Política, gestão e informação em C&T nuclear

A ENU-B acompanha e participa do desenvolvimento da Ciência Nuclear no Brasil. As pesquisas nesta área contribuem para a formação de opinião sobre Energia Nuclear e demonstra a sua necessidade para o desenvolvimento econômico e tecnológico do Brasil.

Medidas de defesa nuclear

Nesta pesquisa são verificados os procedimentos e os conhecimentos necessários para que a população e as forças de defesa possam se abrigar dos efeitos de artefatos nucleares.

Teoria e Modelos Nucleares

São realizados estudos em Fís

Realiza simulações computacionais de transferência de calor e massa, com vistas à condução e rejeição passiva de calor.

São desenvolvidos métodos para processamento de dados nucleares avaliados e métodos para a solução de problemas de transporte no campo da energia nuclear e áreas correlatas. Nesta linha de pesquisa é prestada, ainda, consultoria na utilização de bibliotecas de dados nucleares avaliados e multigrupo e no uso dos códigos processadores existentes.

São realizados estudos em Física Nuclear Teórica na área de reações nucleares induzidas por nêutrons, radiação gama, partículas carregadas e outras reações importantes no campo da energia nuclear. Esta linha de pesquisa é responsável, também, pela avaliação de dados nucleares considerados necessários e que não estejam disponíveis nas bibliotecas de dados nucleares avaliados distribuídas pela Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA).

O GTR é um dispositivo para geração de energia elétrica, que funciona com o decaimento radioativo de actinídeos. Entre suas várias aplicações, destaca-se as missões espaciais de espaço profundo das naves Cassini e Galileo. Com a realização deste trabalho, espera-se conseguir uma contribuição importante em estudos neutrônicos, térmicos e elétricos de GTRs.

ica Nuclear Teórica na área de reações nucleares induzidas por nêutrons, radiação gama, partículas carregadas e outras reações importantes no campo da energia nuclear. Esta linha de pesquisa é responsável, também, pela avaliação de dados nucleares considerados necessários e que não estejam disponíveis nas bibliotecas de dados nucleares avaliados distribuídas pela Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA).

Métodos de Processamento e Transporte

São desenvolvidos métodos para processamento de dados nucleares avaliados e métodos para a solução de problemas de transporte no campo da energia nuclear e áreas correlatas. Nesta linha de pesquisa é prestada, ainda, consultoria na utilização de bibliotecas de dados nucleares avaliados e multigrupo e no uso dos códigos processadores existentes.

Avaliação de sistemas de transporte de calor

A ENU-T tem conhecimentos nas áreas nuclear e aeroespacial, desenvolve programas computacionais de análise, equipamentos e sistemas de transferência de calor e massa. Presta consultoria e assessoria a projetos do Ministério da Defesa.

Termohidráulica e análise de segurança de reatores nucleares

A ENU-T realiza análises de acidentes em reatores nucleares, simulando seus sistemas de segurança, ativos e passivos. Analisa e projeta componentes de reatores nucleares, tais como, núcleo, gerador de vapor, circuito primário e secundário, etc. O grupo tem grande experiência no desenvolvimento de programas computacionais para análise dos fenômenos envolvidos e utiliza os programas das famílias COBRA e RELAP na simulação de reatores do tipo PWR e LMFBR.

Controle térmico de satélites

ENU-T realiza análises de sistemas para controle térmico de satélites, durante os vôos orbitais e de reentrada, e atua em projetos de sistemas de transporte de calor para aplicação em baixa e micro gravidade, inclusive de reatores espaciais. O grupo tem experiência na análise e no desenvolvimento de componentes de controle térmico, tais como: bombas eletromagnéticas, isolamentos térmico tipo multifolha, radiadores, tubos de calor, etc.

Simulação computacional

Com a experiência da ENU-T na solução de equações diferenciais e simulação computacional, pode-se prestar consultoria e assessoria na aplicação e desenvolvimento de métodos numéricos, programação computacional e no desenvolvimento de interfaces gráficas em áreas de interesse aeroespacial e nuclear.

Geradores Termoelétricos a Radioisótopos (GTR)

O GTR é um dispositivo para geração de energia elétrica, que funciona com o decaimento radioativo de actinídeos. Entre suas várias aplicações, destaca-se as missões espaciais de espaço profundo das naves Cassini e Galileo. Com a realização deste trabalho, espera-se conseguir uma contribuição importante em estudos neutrônicos, térmicos e elétricos de GTRs.

Materiais estruturais empregados na indústria aeroespacial

Estes materiais requerem baixa densidade, ponto de fusão elevado, alta resistência mecânica e resistência à oxidação em altas temperaturas. São considerados de interesse em propulsão líquida: as superligas à base de níquel, os compósitos cerâmicos, as cerâmicas oxidas, as barreiras térmicas e os intermetálicos. Os últimos são promissores na fabricação de pás de turbinas de baixa pressão e de compressores de alta pressão. A ENU-T atua no estudo de oxidação em alta temperatura dos intermetálicos à base de nióbio (sistema ternário Nb-Si-B).

Processamento de sinais

São desenvolvidos métodos e procedimentos para a extração e análise de ruídos. Atualmente são estudados os filtros do tipo abg e os que utilizam o conceito de Kalman para a redução das incertezas no rastreamento de foguetes.

Links Úteis