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 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. Além da dureza, os cristais de carboneto de silício possuem características de fratura que os tornam extremamente úteis em rebolos. 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. O compósito consiste em fibras de SiC enroladas em uma camada interna de SiC e cercadas por uma camada externa de SiC. Problemas foram relatados com a capacidade de unir as peças do compósito de SiC. O revestimento de SiC destina-se a fornecer melhorias inovadoras na margem de segurança. O revestimento de SiC reage muitas ordens de magnitude mais lentamente com água e vapor do que com zircônio em temperaturas críticas (acima de 800°C), resultando em geração mínima de calor e hidrogênio em cenários de acidente fora do projeto. Espera-se que os revestimentos compostos de SiC e os componentes de combustível forneçam excelentes recursos de segurança passiva tanto em acidentes de base de projeto quanto em condições de extensão de projeto de acidentes graves (SAs). Além disso, espera-se que os compósitos SiC/SiC forneçam benefícios adicionais sobre as ligas de Zr, como uma seção transversal de absorção de nêutrons reduzida, permitindo um menor enriquecimento de urânio. A combinação dessas características atraentes torna os compósitos de SiC um dos principais candidatos para revestimento de combustível LWR tolerante a acidentes e estruturas centrais. Existem três principais desvantagens dos clads de combustível composto SiC/SiC: Um dos possíveis revestimentos compostos de SiC foi desenvolvido pela General Atomics e é conhecido como composto de carboneto de silício (SiC) SiGA™, no qual o material da matriz de SiC é reforçado com fibra de SiC flexível da mesma forma que o vergalhão de aço reforça o concreto. Isso cria um material extremamente duro e durável que pode suportar as condições mais severas do reator.
Revestimentos SiC e SiC/SiC-compósitos
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