A maioria dos PWRs usa combustível de urânio, que está na forma de dióxido de urânio. O dióxido de urânio é um sólido semicondutor preto com condutividade térmica muito baixa. Por outro lado, o dióxido de urânio tem ponto de fusão muito alto e comportamento bem conhecido. O UO2 é prensado em pellets, esses pellets são então sinterizados no cilindro sólido (com altura e diâmetro de cerca de 1 centímetro, sendo a altura maior que o diâmetro). As dimensões dos pellets de combustível e outros componentes do conjunto de combustível são controladas com precisão para garantir consistência nas características do combustível. Essas pelotas são então carregados e encapsulados dentro de uma barra de combustível (um tubo de revestimento metálico), que é feito de ligas de zircônio devido à sua baixíssima seção transversal de absorção (ao contrário do aço inoxidável). A superfície do tubo, que cobre os pellets, é chamada de revestimento de combustível. As varetas de combustível são o elemento básico de um conjunto de combustível. As varetas combustíveis têm a finalidade de conter os produtos de fissão, garantindo o suporte mecânico das pastilhas e permitindo a remoção de calor para o fluido refrigerante do calor gerado pelas reações nucleares. Barra de combustível típica, tem um comprimento de cerca de 4 m, com um diâmetro de cerca de 1 cm. Um núcleo nuclear de 1100 MWe (3300 MWth) pode conter 157 conjuntos de combustível compostos por mais de 45000 varetas de combustível e cerca de 15 milhões de pastilhas de combustível.
Combustível encapsulado – grânulos compostos TRISO-SiC
TRISO, TRI-estrutural ISO-trópico, é um tipo de micro partícula de combustível, que consiste em núcleos de material físsil revestidos com múltiplas camadas de carbono poroso ou denso e carboneto de silício. Historicamente, as partículas TRISO têm sido utilizadas em elementos combustíveis constituídos por seixos esféricos ou blocos prismáticos hexagonais com grafite usado como matriz e revestimento para o elemento combustível. Cada partícula atua como seu próprio sistema de contenção graças às suas camadas de revestimento triplo. Isso permite que eles retenham produtos de fissão em todas as condições do reator. As partículas TRISO podem suportar temperaturas extremas que estão muito além do limiar dos atuais combustíveis nucleares. Pelotas compostas TRISO-SiC consistem em partículas de combustível TRISO embutidas em uma matriz de SiC. O uso de SiC como matriz em vez de grafite melhora a tolerância à radiação da matriz de combustível, além de aumentar a retenção de FP. O combustível composto TRISO-SiC é geralmente chamado de combustível microencapsulado totalmente cerâmico (FCM).
De acordo com o relatório da NEA, o combustível TRISO-SiC é concebido como um conceito promissor de médio prazo para substituir os atuais pellets de combustível UO2. Possui características de segurança potencialmente superiores em relação a outras formas de combustível como resultado de suas múltiplas barreiras à dispersão de FP, alta estabilidade mecânica e boa condutividade térmica. Uma baixa densidade de carregamento de material físsil é a principal questão para este conceito. A fim de aumentar a carga físsil, a combinação de enriquecimento de urânio até o limite superior prático de LEU (~ 19,7% de 235-U), aumentando a fração de volume de núcleo para partícula e fração de embalagem TRISO e aumentando o diâmetro do pino de combustível foi proposto.
O carboneto de silício é um composto cristalino de silício e carbono extremamente duro, produzido sinteticamente. Sua fórmula química é SiC. O carboneto de silício tem uma classificação de dureza Mohs de 9, aproximando-se da do diamante. Sua alta condutividade térmica, juntamente com sua resistência a altas temperaturas, baixa expansão térmica e resistência a reações químicas, torna o carboneto de silício valioso na fabricação de aplicações de alta temperatura e outros refratários. Na indústria nuclear, o material compósito de carboneto de silício tem sido investigado para uso como substituto do revestimento de liga de zircônio em reatores de água leve. As cerâmicas à base de carboneto de silício (SiC) e seus compósitos têm propriedades superiores de alta temperatura (HT), excelente resistência à irradiação, baixa ativação inerente e outras propriedades físicas/químicas superiores.
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