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.
Aceros avanzados
Las aleaciones de FeCrAl se componen principalmente de hierro, cromo (20-30%) y aluminio (4-7,5%). Estas aleaciones se conocen con la marca comercial Kanthal, que es una familia de aleaciones de hierro-cromo-aluminio (FeCrAl) utilizadas en una amplia gama de aplicaciones de resistencia y alta temperatura. FeCrAl es altamente resistente a la corrosión debido a la formación de un óxido rico en aluminio delgado, Al2O3.
El ATF basado en FeCrAl utiliza un material de aleación de FeCrAl como revestimiento de las barras de combustible en combinación con las pastillas de combustible de dióxido de uranio (UO2) actualmente en uso. Las barras de combustible revestidas de aleación de FeCrAl (con combustible UO2) parecen exhibir propiedades que cumplen o superan los requisitos técnicos de diseño de combustible actuales (con las excepciones que se indican a continuación) al tiempo que brindan un mayor beneficio de seguridad durante eventos de base de diseño y condiciones de accidentes graves. La ventaja clave del concepto sobre Zircaloy es su cinética de oxidación sustancialmente más lenta hasta 1773 K (1500°C). Las aleaciones de FeCrAl tienen una resistencia mecánica similar o superior a la del zircaloy, con características de deformación plástica (hinchamiento) y perforación similares o mejores que las aleaciones de zirconio.
Hay dos desventajas principales de los revestimientos combustibles a base de FeCrAl:
- Mayor absorción de neutrones parásitos. Debido al aumento de la sección transversal de absorción de neutrones del hierro.
- Liberaciones de tritio. Existe un aumento potencial en la liberación de tritio en el refrigerante del reactor. El tritio se produce como un producto de fisión (FP). El FeCrAl no reacciona con el hidrógeno para formar hidruros estables de manera similar a una aleación a base de circonio, lo que da como resultado una mayor permeabilidad del tritio a través del revestimiento al refrigerante del reactor.
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