Combustíveis tolerantes a acidentes (ATF) são uma série de novos conceitos de combustível nuclear, pesquisados para melhorar o desempenho do combustível durante a operação normal, condições transitórias e cenários de acidentes, como acidentes com perda de refrigerante (LOCA) ou acidentes iniciados por reatividade ( RIA). Após o acidente de Fukushima Daiichi, foi iniciada uma revisão do comportamento do combustível. O combustível clad de liga de zircônio opera com sucesso em alta queima e é o resultado de 40 anos de desenvolvimento e melhoria contínua. No entanto, sob condições de acidentes graves, a alta temperatura de interação zircônio-vapor pode ser uma fonte importante de danos à usina.
Essas atualizações incluem:
- aditivos especialmente concebidos para pellets de combustível padrão destinados a melhorar várias propriedades e desempenho
- revestimentos robustos aplicados na parte externa de revestimentos padrão destinados a reduzir a corrosão, aumentar a resistência ao desgaste e reduzir a produção de hidrogênio sob condições de alta temperatura (acidente).
- desenvolvimento de projetos de combustível completamente novos com revestimento cerâmico e diferentes materiais de combustível
O revestimento de combustível atual é a camada externa das varetas de combustível, ficando entre o refrigerante do reator e o combustível nuclear (isto é pastilhas de combustível). É feito de um material resistente à corrosão com seção transversal de baixa absorção para nêutrons térmicos (~ 0,18 × 10–24 cm2), geralmente liga de zircônio. Ele evita que produtos de fissão radioativo escapem da matriz de combustível para o refrigerante do reator e o contaminem. O revestimento constitui uma das barreiras na abordagem de ‘defesa em profundidade‘, portanto, sua capacidade de resfriamento é um dos principais aspectos de segurança.
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 Avançado Clad
Embora os atuais projetos de combustível nuclear tenham funcionado muito bem em condições normais de usinas, os projetos de combustível nuclear existentes podem ser contestados quando colocados em cenários de acidentes graves além da base do projeto. No caso de tais condições, a perda prolongada de refrigerante e as altas temperaturas resultantes do combustível podem levar à degradação do revestimento do combustível e à liberação precoce de produtos de fissão.
Os conceitos de ATF propostos buscam reduzir os riscos de acidentes graves (SA) aumentando o tempo disponível para os operadores para resposta a acidentes, reduzindo a extensão e a taxa de produção de calor e hidrogênio da oxidação de vapor de alta temperatura (HT) ou reduzindo as consequências de acidentes graves ao aumentando a retenção do produto de fissão (FP). Os atributos desejados para um material de revestimento ATF prático são bastante rigorosos. Além de boas propriedades de material em alta temperatura, o material candidato deve ser compatível com os projetos atuais de combustível/núcleo e fornecer operação econômica, incluindo boa neutrônica. Além disso, do ponto de vista operacional, deve ser altamente confiável, resistente à corrosão e exibir baixa fragilização em altas queimas.
De acordo com o relatório da NEA, cinco classes diferentes de projetos de revestimento foram objeto da revisão:
- Ligas de Zr revestidas e melhoradas,
- Aços avançados,
- Metal de refração,
- Revestimentos SiC e SiC/SiC-compósitos
- componentes não combustíveis, como caixas de canal SiC/SiC ou hastes de controle tolerantes a acidentes (ATCR).
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