O que são hastes de controle tolerantes a acidentes – ATCR – Definição

As hastes de controle são um importante sistema de segurança de reatores nucleares. Sua ação imediata e resposta imediata do reator são indispensáveis. Barras de controle são usadas para manter o estado desejado de reações de fissão dentro de um reator nuclear (ou seja, estado subcrítico, estado crítico, mudanças de energia). Elas constituem um componente chave de um sistema de desligamento de emergência (SCRAM).

As hastes de controle são hastes, placas ou tubos contendo um material absorvedor de nêutrons (material com seção transversal de alta absorção para nêutrons térmicos), como boro, háfnio, cádmio, etc., usados ​​para controlar a potência de um reator nuclear. Ao absorver nêutrons, uma haste de controle evita que os nêutrons causem novas fissões.

As hastes de controle geralmente constituem conjuntos de hastes de controle de cluster (PWR) e são inseridos em dedais de guia dentro de um conjunto de combustível nuclear. O material absorvente (por exemplo, grânulos de carboneto de boro ou liga Ag-In-Cd) é protegido pelo revestimento geralmente feito de aço inoxidável.

No entanto, o ponto de fusão da liga Ag-In-Cd (~790 ̊C), a temperatura eutética de carboneto de boro (B4C) e Fe (~1150 ̊C) e a temperatura eutética de Fe e Zr (~950 ̊C) são inferiores a temperatura (≳1 200) à qual o revestimento de combustível de liga de Zr começa a ser intensamente oxidado em condições de acidente grave. Consequentemente, é possível que as hastes de controle derretam e colapsem antes que o núcleo do reator seja significativamente danificado no caso de acidentes graves.

As seguintes características inerentes são exigidas em hastes de controle tolerantes a acidentes:

• O valor da reatividade do ATCR deve ser comparável ou superior ao do CR convencional.
• Os materiais de absorção de nêutrons usados ​​no ATCR devem ter ponto de fusão suficientemente alto e alta temperatura eutética com revestimento para evitar a quebra dos CRs antes da falha extensa da barra de combustível em um acidente grave, evitando assim recriticalidade incontrolável, mesmo se água não borada for injetada para resfriamento de emergência do núcleo.

A ideia principal é substituir os materiais convencionais de absorção de nêutrons por materiais cerâmicos adequados que satisfaçam os requisitos acima. O candidato a um novo material absorvedor para ATC inclui gadolinia (Gd2O3), samaria (Sm2O3), europia (Eu2O3), disprosia (Dy2O3), hafnia (HfO2). O ponto de fusão desses materiais e a temperatura de liquefação com Fe são maiores do que a temperatura de oxidação rápida da liga de zircônio.

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Veja acima:
Combustível tolerante a acidentes