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 UO 2 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 45.000 barras de combustible y unos 15 millones de pastillas de combustible .
Pellets de combustible avanzados
Según el informe de la NEA, los diseños de combustible cubiertos por el Grupo de trabajo sobre diseños avanzados de combustible constan de tres conceptos diferentes:
- Combustible de UO2 mejorado . Con respecto al combustible UO2 mejorado, este diseño en particular se dividió en dos subconceptos, como el UO2 dopado con óxido y el UO2 de alta conductividad térmica (diseñado mediante la adición de dopante metálico o cerámico).
- Combustible de alta densidad .
- Combustible encapsulado (pellets de compuesto TRISO-SiC).
Referencia especial: Agencia de Energía Nuclear, Informe de vanguardia sobre combustible tolerante a accidentes en reactores de agua ligera. NEA No 7317, OCDE, 2018.
Combustible de UO2 mejorado
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 UO 2 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).
Con respecto al combustible UO2 mejorado, este diseño en particular se dividió en dos subconceptos, tales como:
- UO2 dopado . Los atributos deseables de los gránulos de combustible tolerante a accidentes (ATF) incluyen la mejora de la retención de productos de fisión (FP) y la minimización de la interacción entre los gránulos y el revestimiento. Según las propuestas de Westinghouse, el gránulo de UO2 dopado con cromia (Cr2O3) y alúmina (Al2O3) , conocido como nuestro gránulo ADOPT, logra una mayor eficiencia del uranio a través de:
- Mayor densidad de material fisionable
- Una tasa de fluencia más alta que el UO2 estándar a altas temperaturas
- Una mayor estabilidad térmica
- Reducción del lavado en caso de fugas en las barras de combustible
- Reducción de la liberación de gas de fisión en un escenario transitorio
- UO2 de alta conductividad térmica (diseñado agregando dopante metálico o cerámico). El dióxido de uranio es un sólido semiconductor negro con una conductividad térmica muy baja. La conductividad térmica es uno de los parámetros que determinan la temperatura de la línea central del combustible . Esta baja conductividad térmica puede provocar un sobrecalentamiento localizado en la línea central del combustible y, por lo tanto, debe evitarse este sobrecalentamiento. Se considera el concepto de combustible cermet (cerámico-metálico) para LWR. Con una fracción de bajo volumen de aditivo metálico altamente conductivo, los pellets de combustible CERMET presentan una conductividad superior a los pellets estándar de UO2, bajando la temperatura del combustible en condiciones normales de funcionamiento y aumentando los márgenes con respecto a la fusión del combustible en caso de accidente.
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