O que é combustível UO2 melhorado – UO2 dopado – Definição

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.

Pellets de Combustível Avançado

 De acordo com o relatório da NEA, os projetos de combustível cobertos pela Força-Tarefa em Projetos Avançados de Combustível consistem em três conceitos diferentes:

• Combustível UO₂ melhorado. Em relação ao combustível UO₂ aprimorado, esse projeto específico foi dividido em dois subconceitos, como UO₂ dopado com óxido e UO2 de alta condutividade térmica (projetado pela adição de dopante metálico ou cerâmico).
• Combustível de alta densidade .
• Combustível encapsulado (pellets compostos TRISO-SiC).

Referência Especial: Agência de Energia Nuclear, Relatório de Estado da Arte sobre Combustível Tolerante a Acidentes em Reator de Água Leve. NEA No.7317, OCDE, 2018.

Combustível UO₂ melhorado

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).

Em relação ao combustível UO₂ aprimorado, esse projeto específico foi dividido em dois subconceitos, como:

• UO₂ dopado. Os atributos desejáveis ​​para pastilhas de combustível tolerante a acidentes (ATF) incluem o aumento da retenção de produtos de fissão (FPs) e a minimização da interação da casca da pastilha. De acordo com as propostas da Westinghouse, o pellet de UO₂ dopado com cromo (Cr₂O₃) e alumina (Al₂O₃) , conhecido como nosso pellet ADOPT, atinge maior eficiência de urânio por meio de:
  • Aumento da densidade de material físsil
  • Uma taxa de fluência maior do que o UO₂ padrão em altas temperaturas
  • Maior estabilidade térmica
  • Lavagem reduzida em caso de vazamento da vareta de combustível
  • Redução da liberação de gás de fissão em um cenário transitório
• UO2 de alta condutividade térmica (projetado pela adição de dopante metálico ou cerâmico). O dióxido de urânio é um sólido semicondutor preto com condutividade térmica muito baixa. A condutividade térmica é um dos parâmetros que determinam a temperatura central do combustível. Essa baixa condutividade térmica pode resultar em superaquecimento localizado na linha central do combustível e, portanto, esse superaquecimento deve ser evitado. O conceito de combustível cermet (cerâmico-metálico) para LWRs é considerado. Com baixa fração volumétrica de aditivo metálico altamente condutor, as pastilhas CERMET combustível apresentam condutividade superior às pastilhas padrão UO₂, baixando a temperatura do combustível em condições normais de operação e aumentando as margens com relação ao derretimento do combustível em caso de acidente.

Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Combustível tolerante a acidentes