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: 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. O cromo é um dos possíveis elementos de revestimento para combustível tolerante a acidentes. O revestimento de zircônio revestido com Cr e outros revestimentos metálicos reduzem significativamente as taxas de oxidação em alta temperatura. A espessura do revestimento é geralmente entre 20 e 30 mm. Todos os materiais de revestimento investigados (Cr, FeCrAl, Cr-Al, CrN) são mais duros que as ligas de zircônio, portanto, se o revestimento for suficientemente espesso (> 30μm), as propriedades mecânicas serão modificadas com aumento da resistência e redução da ductilidade. A maior dureza dos materiais de revestimento tem o benefício de proteger potencialmente o revestimento contra atrito e desgaste. Portanto, o revestimento de Cr pode reduzir significativamente o risco de danos no revestimento devido a detritos ou atrito entre grade e haste. Mas a principal vantagem é que o revestimento revestido herda todos os benefícios das propriedades do material base de zircônio, mas melhora sua resistência à oxidação e à corrosão, tanto para operação normal quanto para condições de acidente. De acordo com várias investigações, o revestimento revestido com Cr exibe resistência pós-têmpera e ductilidade residual significativamente aumentadas. O efeito de fortalecimento do revestimento revestido de Cr observado em alta temperatura é benéfico na medida em que retarda o tempo de ruptura e preserva melhor a geometria resfriável do canal de combustível nuclear pela mitigação do bloqueio do fluxo. Além disso, a corrosão das ligas de zircônio revestidas com Cr é reduzida a quase zero, diminuindo também a absorção de hidrogênio pelo revestimento. O revestimento, portanto, não exibirá fragilização por hidrogênio,
Revestimento de combustível revestido de cromo
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