Hay varias causas fundamentales de fallas de combustible, que se han identificado en el pasado. En las primeras fechas de las operaciones de PWR y BWR, estas causas eran predominantemente defectos de fabricación o desgaste. La siguiente lista no está completa, también hay mecanismos de falla que son típicos para ciertos diseños de reactores y combustibles. También debe tenerse en cuenta que muchas de las causas de fallas de combustible nunca se identificaron y siguen siendo desconocidas.
- Preocupado . La inquietud fue uno de los principales mecanismos de falla en las primeras fechas de las operaciones PWR y BWR. Normalmente tiene dos variantes.
- Escombros inquietos. El desgaste de los escombros puede ser causado por cualquier residuo (material de guarda, generalmente metálico) que pueda ingresar al haz de combustible y que tenga el potencial de alojarse entre la rejilla espaciadora y una barra de combustible. El desgaste excesivo de la vaina de combustible puede provocar la penetración de la vaina.
- Traste de rejilla a varilla. El desgaste de la rejilla a la varilla surge de la vibración del elemento combustible generada por la alta
velocidad del refrigerante a través de la rejilla espaciadora. Las rejillas espaciadoras están soldadas a los tubos guía y aseguran, mediante resortes y hoyuelos, el soporte de las barras de combustible y el espaciado. La alta velocidad del refrigerante puede hacer que la varilla roce contra la parte de la rejilla espaciadora
que la sujeta. Este tipo de desgaste del revestimiento se puede minimizar mediante el diseño adecuado de la rejilla espaciadora. El chorro de deflector generalmente se agrupa en el traste de rejilla a varilla.
- Interacción pellet-revestimiento (PCI). Las fallas debidas a PCI son típicas de cambios de potencia, movimiento de varillas y arranque de la planta. Por lo general, ocurren dentro de unas pocas horas o días después de un movimiento de rampa de potencia o varillas de control. Esto resulta especialmente en restricciones de velocidad de rampa de inicio.
- Secar. En los BWR, cuando el flujo de calor excede un valor crítico (CHF – flujo de calor crítico), el patrón de flujo puede alcanzar las condiciones de secado (desaparece una película delgada de líquido). La transferencia de calor desde la superficie del combustible al refrigerante se deteriora, con el resultado de un aumento drástico de la temperatura de la superficie del combustible. Este fenómeno puede provocar la falla de la barra de combustible afectada.
- Defectos de fabricación
- Defectos de soldadura del tapón terminal.
- Colapso por arrastre del revestimiento. El colapso de la vaina puede ser causado por la densificación de los gránulos de combustible que forman espacios axiales en la columna de gránulos y dan como resultado el colapso debido a la presión exterior. Dado que la fluencia depende del tiempo, el colapso total ocurre típicamente a mayor quemado. Este tipo de falla se puede eliminar mediante el uso de pellets con densificación moderada y prepresurización de varillas.
- Falta superficie de pellet
- Hidratación interna. La inclusión involuntaria de materiales que contienen hidrógeno dentro de una barra de combustible puede provocar la hidruración y, por lo tanto, la fragilización de la vaina del combustible. Las fuentes de hidrógeno fueron principalmente humedad residual o contaminación orgánica en pastillas / barras de combustible. Esta causa de falla se ha eliminado prácticamente mediante una fabricación mejorada.
- Corrosión inducida por la suciedad. Las fallas por corrosión inducidas por la suciedad se deben a un flujo de calor anormalmente alto que excede los límites del flujo de calor o corrosión por quemado o a problemas de química del agua que conducen a depósitos excesivos de suciedad. En los BWR, la corrosión inducida por la suciedad fue una de las principales causas de fallas de combustible en la década de 1980.
- Agrietamiento retardado por hidruro (DHC). El agrietamiento retardado por hidruro es el inicio y la propagación de la grieta dependiente del tiempo a través de la fractura de hidruros que pueden formarse antes de la punta de la grieta. Este tipo de falla puede iniciarse por grietas largas en la superficie exterior del revestimiento, que pueden propagarse en una dirección axial / radial. Este mecanismo de falla puede potencialmente limitar la
operación de quemado alto . - Daños por manejo de combustible
Ver también: OIEA, Revisión de fallas de combustible en reactores enfriados por agua. No. NF-T-2.1. ISBN 978–92–0–102610–1, Viena, 2010.
Pérdida de estanqueidad del revestimiento de combustible
El revestimiento evita que los productos de fisión radiactivos escapen de la matriz de combustible al refrigerante del reactor y lo contaminen. La aparición de una fuga en ese revestimiento da como resultado:
- el transporte de elementos químicos específicos (productos de fisión) estables y radiactivos ( yodo , xenón , criptón …) al circuito primario del reactor
- depósitos de isótopos de larga duración ( cesio , estroncio , tecnecio …) o incluso, en circunstancias excepcionales, de emisores alfa en las tuberías del circuito primario o de los circuitos auxiliares
- un aumento en el nivel general de irradiación para ese circuito, desde el nivel ya debido a los productos de activación (productos de corrosión, por ejemplo, cobalto, cromo, hierro en particular)
Por tanto, una fuga plantea un gran desafío en términos operativos para el operador de una central eléctrica, ya que influye directamente en el nivel de exposición radiológica a la que están sometidos los trabajadores durante la explotación de la central o el mantenimiento. Aunque las fallas de combustible rara vez han sido un problema relacionado con la seguridad, su impacto en los costos operativos de la planta se debe a:
- descarga prematura de combustible,
- siguiente acortamiento del ciclo,
- posibles cortes no programados,
- aumento del volumen de combustible gastado
Uno de los pasos necesarios para alcanzar la meta de cero defectos es comprender las causas fundamentales de las fallas y sus mecanismos, de modo que se puedan implementar algunas acciones correctivas, ya sea a través de mejoras en el diseño y fabricación del combustible por parte de los proveedores de combustible, o cambios operativos, tales como como maniobras de potencia reducida.
Referencia especial: CEA, División de Energía Nuclear. Combustibles nucleares, ISBN 978-2-281-11345-7
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