La mayoría de los PWR utilizan el combustible de uranio , que se encuentra en forma de dióxido de uranio . El dióxido de uranio es un sólido semiconductor negro con una conductividad térmica muy baja . Por otro lado, el dióxido de uranio tiene un punto de fusión muy alto y un comportamiento bien conocido . El UO2 se prensa en gránulos , estos gránulos se sinterizan luego en el cilindro sólido (con una altura y un diámetro de aproximadamente 1 centímetro, siendo la altura mayor que el diámetro). Las dimensiones de los pellets de combustible y otros componentes del conjunto de combustible se controlan con precisión para garantizar la coherencia en las características del combustible. Estos perdigones luego se cargan y encapsulan dentro de una barra de combustible (un tubo de revestimiento metálico), que está hecha de aleaciones de circonio debido a su sección transversal de muy baja absorción (a diferencia del acero inoxidable). La superficie del tubo, que cubre los pellets, se llama revestimiento de combustible . Las barras de combustible son el elemento base de un conjunto de combustible. Las barras de combustible tienen como finalidad contener los productos de fisión, asegurar el soporte mecánico de los pellets y permitir la evacuación del calor al fluido refrigerante del calor generado por las reacciones nucleares. La barra de combustible típica tiene una longitud de unos 4 m, con un diámetro de alrededor de 1 cm. Un núcleo nuclear de 1100 MWe (3300 MWth) puede contener 157 conjuntos combustibles compuestos por más de 45000 barras de combustible y unos 15 millones de pastillas de combustible .
Combustible encapsulado: pellets de compuesto TRISO-SiC
TRISO , TRI-estructural ISO-tropic, es un tipo de micropartícula de combustible, que consiste en granos que contienen material fisionable que están recubiertos con múltiples capas de carbono poroso o denso y carburo de silicio. Históricamente, las partículas TRISO se han utilizado en elementos combustibles que consisten en guijarros esféricos o bloques prismáticos hexagonales con grafito utilizado como matriz y revestimiento para el elemento combustible. Cada partícula actúa como su propio sistema de contención gracias a sus capas de triple revestimiento. Esto les permite retener los productos de fisión en todas las condiciones del reactor. Las partículas TRISO pueden soportar temperaturas extremas que están mucho más allá del umbral de los combustibles nucleares actuales. Pellets de material compuesto TRISO-SiCconstan de partículas de combustible TRISO incrustadas en una matriz de SiC. El uso de SiC como matriz en lugar de grafito mejora la tolerancia a la radiación de la matriz de combustible al mismo tiempo que mejora la retención de FP. El combustible compuesto TRISO-SiC generalmente se denomina combustible microencapsulado completamente cerámico (FCM).
Según el informe de la NEA, el combustible TRISO-SiC se concibe como un concepto prometedor a medio plazo para reemplazar los pellets de combustible UO2 actuales. Tiene características de seguridad potencialmente superiores en comparación con otras formas de combustible como resultado de sus múltiples barreras a la dispersión de FP, alta estabilidad mecánica y buena conductividad térmica. Una baja densidad de carga de material fisionable es el problema principal de este concepto. Para aumentar la carga fisionable, la combinación de enriquecimiento de uranio hasta el límite superior práctico de LEU (~ 19,7% de 235-U), aumenta la fracción de volumen de grano a partícula y la fracción de empaque TRISO, y aumenta el diámetro del pasador de combustible fue propuesto.
El carburo de silicio es un compuesto cristalino de silicio y carbono extremadamente duro y producido sintéticamente. Su fórmula química es SiC. El carburo de silicio tiene una dureza Mohs de 9, que se aproxima a la del diamante. Su alta conductividad térmica, junto con su resistencia a altas temperaturas, baja expansión térmica y resistencia a la reacción química, hace que el carburo de silicio sea valioso en la fabricación de aplicaciones de alta temperatura y otros refractarios. En la industria nuclear, se ha investigado el material compuesto de carburo de silicio para su uso como sustituto del revestimiento de aleación de circonio en reactores de agua ligera. Las cerámicas a base de carburo de silicio (SiC) y sus compuestos tienen propiedades superiores a altas temperaturas (HT), excelente resistencia a la irradiación, baja activación inherente y otras propiedades físicas / químicas superiores.
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