Los combustibles tolerantes a accidentes (ATF) son una serie de nuevos conceptos de combustible nuclear, investigados para mejorar el rendimiento del combustible durante el funcionamiento normal, condiciones transitorias y escenarios de accidentes, como accidentes por pérdida de refrigerante (LOCA) o accidentes iniciados por reactividad ( RIA). Tras el accidente de Fukushima Daiichi, se inició una revisión del comportamiento del combustible. El combustible revestido de aleación de circonio funciona con éxito hasta un alto grado de combustión y es el resultado de 40 años de desarrollo y mejora continuos. Sin embargo, en condiciones de accidentes graves, la interacción de vapor y circonio a alta temperatura puede ser una fuente importante de daños a la planta de energía.
Estas actualizaciones incluyen:
- Aditivos especialmente diseñados para pellets de combustible estándar destinados a mejorar diversas propiedades y rendimiento.
- revestimientos robustos aplicados al exterior de revestimientos estándar destinados a reducir la corrosión, aumentar la resistencia al desgaste y reducir la producción de hidrógeno en condiciones de alta temperatura (accidentes)
- desarrollo de diseños de combustible completamente nuevos con revestimiento cerámico y diferentes materiales combustibles
El revestimiento de combustible actual es la capa exterior de las barras de combustible, que se encuentra entre el refrigerante del reactor y el combustible nuclear (es decir , pastillas de combustible ). Está hecho de un material resistente a la corrosión con una sección transversal de baja absorción para los neutrones térmicos (~ 0,18×10–24 cm2), generalmente una aleación de circonio . Evita que los productos de fisión radiactivos escapen de la matriz de combustible al refrigerante del reactor y lo contaminen. El revestimiento constituye una de las barreras en elenfoque de» defensa en profundidad «, por lo que su capacidad de refrigeración es uno de los aspectos clave de seguridad.
Referencia especial: Agencia de Energía Nuclear, Informe de vanguardia sobre combustible tolerante a accidentes en reactores de agua ligera. NEA No 7317, OCDE, 2018.
Revestimiento de combustible avanzado
Si bien los diseños actuales de combustible nuclear han funcionado muy bien en las condiciones normales de la planta, los diseños de combustible nuclear existentes pueden ser desafiados cuando se someten a escenarios de accidentes graves más allá de los basados en el diseño. En el caso de tales condiciones, la pérdida a largo plazo de refrigerante y las altas temperaturas resultantes del combustible pueden conducir a la degradación de la vaina del combustible y la liberación temprana de productos de fisión.
Los conceptos de ATF propuestos buscan reducir los riesgos de accidentes graves (SA) aumentando el tiempo de respuesta disponible para los operadores para la respuesta a accidentes, reduciendo el alcance y la tasa de producción de calor e hidrógeno a partir de la oxidación del vapor a alta temperatura (HT) o reduciendo las consecuencias de accidentes graves mediante mejorar la retención del producto de fisión (FP). Los atributos deseados para un material de revestimiento ATF práctico son bastante rigurosos. Además de las buenas propiedades del material a alta temperatura, el material candidato debe ser compatible con los diseños actuales de combustible / núcleo y proporcionar un funcionamiento económico, incluida una buena neutrónica. Además, desde una perspectiva operativa, debe ser altamente confiable, resistente a la corrosión y exhibir baja fragilización a altas quemaduras.
Según el informe de la NEA, cinco clases diferentes de diseños de revestimiento fueron objeto de la revisión:
- Aleaciones de Zr recubiertas y mejoradas,
- Aceros avanzados,
- Metales refractarios,
- Revestimientos de SiC y SiC / SiC-composite
- componentes no combustibles como cajas de canal de SiC / SiC o barras de control tolerantes a accidentes (ATCR).
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