{"id":119326,"date":"2023-01-20T12:54:33","date_gmt":"2023-01-20T11:54:33","guid":{"rendered":"https:\/\/material-properties.org\/o-que-e-combustivel-tolerante-a-acidentes-atf-definicao\/"},"modified":"2023-02-02T08:04:32","modified_gmt":"2023-02-02T07:04:32","slug":"o-que-e-combustivel-tolerante-a-acidentes-atf-definicao","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/material-properties.org\/pt-br\/o-que-e-combustivel-tolerante-a-acidentes-atf-definicao\/","title":{"rendered":"O que \u00e9 Combust\u00edvel Tolerante a Acidentes &#8211; ATF &#8211; Defini\u00e7\u00e3o"},"content":{"rendered":"<p><span><div class=\"su-quote su-quote-style-default\"><div class=\"su-quote-inner su-u-clearfix su-u-trim\">Combust\u00edveis tolerantes a acidentes (ATF) s\u00e3o uma s\u00e9rie de novos conceitos de combust\u00edvel nuclear, pesquisados \u200b\u200bpara melhorar o desempenho do combust\u00edvel durante a opera\u00e7\u00e3o normal, condi\u00e7\u00f5es transit\u00f3rias e cen\u00e1rios de acidentes, como acidentes com perda de refrigerante (LOCA) ou reatividade- acidentes iniciados (RIA).<\/div><\/div><\/span><\/p>\n<p><span><div class=\"su-divider su-divider-style-dotted\" style=\"margin:15px 0;border-width:2px;border-color:#999999\"><\/div><\/span><\/p>\n<p><span><div  class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights \"><div  class=\"inside-grid-column\">\n<p><strong><img decoding=\"async\" loading=\"lazy\" class=\"alignright wp-image-30596\" src=\"https:\/\/material-properties.org\/wp-content\/uploads\/2020\/07\/accident-tolerant-fuel-coating.png\" alt=\"combust\u00edvel tolerante a acidentes - revestimento\" width=\"290\" height=\"508\" \/><span>Combust\u00edveis tolerantes a acidentes (ATF)<\/span><\/strong><span>\u00a0s\u00e3o uma s\u00e9rie de novos conceitos de combust\u00edvel nuclear, pesquisados \u200b\u200bpara melhorar o desempenho do combust\u00edvel durante a opera\u00e7\u00e3o normal, condi\u00e7\u00f5es transit\u00f3rias e cen\u00e1rios de acidentes, como acidentes com perda de refrigerante (LOCA) ou acidentes iniciados por reatividade ( RIA).\u00a0Ap\u00f3s o acidente de Fukushima Daiichi, foi iniciada uma revis\u00e3o do comportamento do combust\u00edvel.\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/metals-what-are-metals\/alloys-composition-properties-of-metal-alloys\/zirconium-alloys\/\"><span>O combust\u00edvel clad de liga de zirc\u00f4nio<\/span><\/a><span> opera com sucesso em alta queima e \u00e9 o resultado de 40 anos de desenvolvimento e melhoria cont\u00ednua.\u00a0No entanto, sob condi\u00e7\u00f5es de acidentes graves, a alta temperatura de intera\u00e7\u00e3o zirc\u00f4nio-vapor pode ser uma fonte importante de danos \u00e0 usina.<\/span><\/p>\n<p><span>Essas atualiza\u00e7\u00f5es incluem:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><span>aditivos especialmente concebidos para pellets de combust\u00edvel padr\u00e3o destinados a melhorar v\u00e1rias propriedades e desempenho<\/span><\/li>\n<li><span>revestimentos robustos aplicados na parte externa de revestimentos padr\u00e3o destinados a reduzir a corros\u00e3o, aumentar a resist\u00eancia ao desgaste e reduzir a produ\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio sob condi\u00e7\u00f5es de alta temperatura (acidente).<\/span><\/li>\n<li><span>desenvolvimento de projetos de combust\u00edvel completamente novos com revestimento cer\u00e2mico e diferentes materiais de combust\u00edvel<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<p><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/fuel-assembly\/fuel-cladding-cladding-tube\/\"><strong><span>O revestimento de combust\u00edvel\u00a0<\/span><\/strong><\/a><span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/fuel-assembly\/fuel-cladding-cladding-tube\/\"><strong>atual<\/strong><\/a>\u00a0\u00e9 a camada externa das varetas de combust\u00edvel, ficando entre o<\/span><strong><span>\u00a0refrigerante do reator<\/span><\/strong><span> e o<\/span>\u00a0<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/\"><strong><span>combust\u00edvel nuclear<\/span><\/strong><\/a> <span>(isto \u00e9, <\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/fuel-assembly\/fuel-pellets\/\"><strong><span>pastilhas de combust\u00edvel<\/span><\/strong><\/a><span>).\u00a0\u00c9 feito de um material resistente \u00e0 corros\u00e3o com se\u00e7\u00e3o transversal de baixa absor\u00e7\u00e3o para<\/span> <a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power\/reactor-physics\/atomic-nuclear-physics\/fundamental-particles\/neutron\/thermal-neutron\/\"><span>n\u00eautrons t\u00e9rmicos<\/span><\/a><span> (~ 0,18 \u00d7 10<\/span><sup><span>\u201324<\/span><\/sup><span> cm<\/span><sup><span>2<\/span><\/sup><span>), geralmente<\/span><strong><span> liga de zirc\u00f4nio<\/span><\/strong><span>.\u00a0Ele evita que produtos de fiss\u00e3o radioativo escapem da matriz de combust\u00edvel para o refrigerante do reator e o contaminem.\u00a0O revestimento constitui uma das barreiras na abordagem de &#8216;<\/span><strong><span>defesa em profundidade<\/span><\/strong><span>&#8216;, portanto, sua<\/span><strong><span>\u00a0capacidade de resfriamento<\/span><\/strong><span>\u00a0\u00e9 um dos principais aspectos de seguran\u00e7a.<\/span><\/p>\n<p><span>Refer\u00eancia Especial: Ag\u00eancia de Energia Nuclear, Relat\u00f3rio de Estado da Arte sobre Combust\u00edvel Tolerante a Acidentes em Reator de \u00c1gua Leve.\u00a0NEA No.7317, OCDE, 2018.<\/span><\/p>\n<h2><span>Oxida\u00e7\u00e3o de ligas de zirc\u00f4nio<\/span><\/h2>\n<p><span>A\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/fuel-assembly\/fuel-cladding-cladding-tube\/oxidation-of-zirconium-alloys\/\"><span>oxida\u00e7\u00e3o de ligas de zirc\u00f4nio<\/span><\/a><span> \u00e9 um dos processos mais estudados em toda a ind\u00fastria nuclear.\u00a0Embora muitos desses relat\u00f3rios sejam escritos para abordar a rea\u00e7\u00e3o de combust\u00edvel e\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/materials-nuclear-engineering\/properties-steam-what-is-steam\/\"><span>vapor<\/span><\/a><span>\u00a0com\u00a0<\/span><strong><span>ligas de zirc\u00f4nio<\/span><\/strong><span>\u00a0no caso de um acidente nuclear, ainda h\u00e1 um n\u00famero substancial de relat\u00f3rios que tratam da oxida\u00e7\u00e3o de ligas de zirc\u00f4nio em temperaturas moderadas de cerca de 800 K e abaixo .\u00a0O agente agressivo a esse respeito \u00e9 a \u00e1gua do circuito prim\u00e1rio, a uma temperatura de cerca de 300\u00b0 C. Ela oxida o zirc\u00f4nio de acordo com a rea\u00e7\u00e3o:<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: center;\"><strong><span>Zr + 2H<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span> O\u2192ZrO<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span> + 2H<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><\/strong><\/p>\n<p><span>resultando na forma\u00e7\u00e3o de \u00f3xido s\u00f3lido na superf\u00edcie do metal.\u00a0Em resumo, na aus\u00eancia de irradia\u00e7\u00e3o de n\u00eautrons, a oxida\u00e7\u00e3o geral do zirc\u00f4nio e suas ligas \u00e9 bastante bem compreendida.\u00a0A taxa de oxida\u00e7\u00e3o depende da press\u00e3o do oxig\u00eanio ou vapor d&#8217;\u00e1gua, e aumenta aproximadamente com a press\u00e3o at\u00e9\u00a0<\/span><strong><span>1\/6\u00a0<\/span><span>de pot\u00eancia<\/span><\/strong><span>.\u00a0A depend\u00eancia da taxa de oxida\u00e7\u00e3o R em temperatura e press\u00e3o pode ser expressa como:<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: center;\"><strong><span>R = 13,9 P\u00a0<\/span><sup><span>1\/6<\/span><\/sup><span> exp(\u22121,47\/k<\/span><sub><span>B<\/span><\/sub><span>T)<\/span><\/strong><\/p>\n<p><span>A taxa de oxida\u00e7\u00e3o R \u00e9 aqui expressa em gramas\/(cm<\/span><sup><span>2<\/span><\/sup><span>\u00a0\u00b7segundo);\u00a0P \u00e9 a press\u00e3o atmosf\u00e9rica, ou seja, o fator P<\/span><sup><span>1\/6<\/span><\/sup><span>\u00a0= 1 \u00e0 press\u00e3o ambiente;\u00a0a energia de ativa\u00e7\u00e3o \u00e9 1,47 eV;\u00a0k\u00a0<\/span><sub><span>B<\/span><\/sub><span>\u00a0\u00e9 a constante de Boltzmann (8,617\u00d710\u00a0<\/span><sup><span>\u22125<\/span><\/sup><span>\u00a0eV\/K) e T \u00e9 a temperatura absoluta em kelvins.<\/span><\/p>\n<p><span>O aumento na taxa de oxida\u00e7\u00e3o na presen\u00e7a de n\u00eautrons r\u00e1pidos depende da intensidade dos n\u00eautrons, temperatura, qu\u00edmica da \u00e1gua, oxig\u00eanio dissolvido na \u00e1gua e espessura da camada de \u00f3xido.\u00a0Parte do hidrog\u00eanio assim gerado \u00e9 incorporado \u00e0 matriz met\u00e1lica, migrando sob o efeito do gradiente t\u00e9rmico para se acumular nas regi\u00f5es menos quentes, formando\u00a0<\/span><strong><span>hidretos<\/span><\/strong><span>\u00a0que podem causar\u00a0<\/span><strong><span>fragilidade<\/span><\/strong><span>\u00a0no revestimento, \u00e0 medida que o combust\u00edvel esfria. Os dois processos , oxida\u00e7\u00e3o e hidrata\u00e7\u00e3o, est\u00e3o assim intimamente ligados.<\/span><\/p>\n<p><span>A liga mais utilizada, at\u00e9 o momento, em PWRs, tem sido o Zircaloy 4, por\u00e9m atualmente esta est\u00e1 sendo substitu\u00edda por novas ligas \u00e0 base de zirc\u00f4nio-ni\u00f3bio, apresentando melhor resist\u00eancia \u00e0 corros\u00e3o.\u00a0A temperatura m\u00e1xima na qual as ligas de zirc\u00f4nio podem ser usadas em reatores refrigerados a \u00e1gua depende de sua resist\u00eancia \u00e0 corros\u00e3o.\u00a0As ligas do tipo Zircalloy, nas quais o estanho \u00e9 o elemento de liga b\u00e1sico que proporciona melhoria de suas propriedades mec\u00e2nicas, possuem ampla distribui\u00e7\u00e3o no mundo.\u00a0Por\u00e9m, neste caso, ocorre a diminui\u00e7\u00e3o da resist\u00eancia \u00e0 corros\u00e3o em \u00e1gua e vapor que resultou na necessidade de ligas adicionais.\u00a0A melhoria provocada pelo ni\u00f3bio aditivo provavelmente envolve um mecanismo diferente.<\/span><\/p>\n<p><strong><span>Em altas temperaturas<\/span><\/strong><span>, a rea\u00e7\u00e3o exot\u00e9rmica de ligas \u00e0 base de Zr com vapor \u00e9 muito mais intensa e perigosa para a seguran\u00e7a de usinas nucleares durante acidentes como um acidente de perda de refrigerante (LOCA).\u00a0O principal problema da oxida\u00e7\u00e3o em alta temperatura \u00e9 que o revestimento de zirc\u00f4nio reage rapidamente com o vapor de \u00e1gua em alta temperatura.\u00a0A cin\u00e9tica de oxida\u00e7\u00e3o de ligas de zirc\u00f4nio relevantes parece ser\u00a0<\/span><strong><span>parab\u00f3lica<\/span><\/strong><span>\u00a0na faixa de temperatura de\u00a0<\/span><strong><span>1000-1500 \u00b0C<\/span><\/strong><span>\u00a0para muitas ligas \u00e0 base de Zr.\u00a0Acima de 1577 \u00b0C, a camada de \u00f3xido se transforma de tetragonal para c\u00fabica e a taxa de oxida\u00e7\u00e3o ainda aumenta. Al\u00e9m disso, a oxida\u00e7\u00e3o do zirc\u00f4nio pela \u00e1gua \u00e9 acompanhada pela\u00a0<\/span><strong><span>libera\u00e7\u00e3o de g\u00e1s hidrog\u00eanio<\/span><\/strong><span>.\u00a0Essa oxida\u00e7\u00e3o \u00e9 acelerada em altas temperaturas, por exemplo, dentro do n\u00facleo de um reator, se os conjuntos de combust\u00edvel n\u00e3o estiverem mais completamente cobertos por \u00e1gua l\u00edquida e insuficientemente resfriados.\u00a0O zirc\u00f4nio met\u00e1lico \u00e9 ent\u00e3o oxidado por \u00e1gua\/vapor para formar g\u00e1s hidrog\u00eanio de acordo com a seguinte rea\u00e7\u00e3o redox:<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: center;\"><strong><span>Zr + 2H\u00a0<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span>\u00a0O\u2192ZrO\u00a0<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span>\u00a0+ 2H\u00a0<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span>\u00a0\u00a0 (Q = 190 kJ\/mol; Baker e Just)<\/span><\/strong><\/p>\n<p><span>Acima de aproximadamente\u00a0<\/span><strong><span>800 \u00b0C<\/span><\/strong><span>\u00a0h\u00e1 uma transforma\u00e7\u00e3o de fase da\u00a0<\/span><strong><span>fase \u03b1 hexagonal (HCP)<\/span><\/strong><span>\u00a0para a fase\u00a0<\/span><strong><span>\u03b2 c\u00fabica (BCC)<\/span><\/strong><span>.\u00a0O oxig\u00eanio, que se difunde no metal restante, estabiliza a fase \u03b1.\u00a0Com o resfriamento, a fase \u03b2 se transformar\u00e1 novamente na fase \u03b1, na qual a concentra\u00e7\u00e3o de oxig\u00eanio \u00e9 significativamente diferente daquela do \u03b1 estabilizado com oxig\u00eanio e do \u201c\u03b2 anterior\u201d.\u00a0O problema \u00e9 que essas transi\u00e7\u00f5es de fase tornam esse material\u00a0<\/span><strong><span>muito fr\u00e1gil<\/span><\/strong><span>.\u00a0Portanto, existem tamb\u00e9m\u00a0<\/span><strong><span>tr\u00eas crit\u00e9rios de licenciamento LOCA atuais <\/span><\/strong><span>(de acordo com 10 CFR 50,46 \u2013 ECCS Acceptance Criteria for LWR) para prevenir falha de combust\u00edvel (pode falhar ap\u00f3s reumedecimento durante a introdu\u00e7\u00e3o de resfriamento de n\u00facleo de emerg\u00eancia em um acidente de reator, ou falhar por excesso de tens\u00e3o sob rachaduras de \u00f3xido) devido \u00e0 fragiliza\u00e7\u00e3o por oxig\u00eanio e hidrog\u00eanio.<\/span><\/p>\n<p><strong><span>Vantagens do combust\u00edvel tolerante a acidentes<\/span><\/strong><\/p>\n<p><span>O combust\u00edvel tolerante a acidentes (ATF) pode:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><span>suportar a perda de resfriamento ativo em um n\u00facleo de reator por muito mais tempo do que o combust\u00edvel atual<\/span><\/li>\n<li><span>ampliar a margem de seguran\u00e7a existente para usinas nucleares<\/span><\/li>\n<li><span>melhorar o desempenho da usina nuclear com combust\u00edvel que dura mais<\/span><\/li>\n<li><span>reduzir os custos operacionais e de manuten\u00e7\u00e3o para repassar a economia aos consumidores de energia el\u00e9trica.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<h2><span>Tempo de enfrentamento<\/span><\/h2>\n<p><span>Para um determinado cen\u00e1rio de acidente, o \u201c<\/span><strong><span>combust\u00edvel coping time<\/span><\/strong><span>\u201d \u00e9 o lapso de tempo entre a sa\u00edda da opera\u00e7\u00e3o normal e o momento em que ocorre uma perda significativa de geometria dos conjuntos de combust\u00edvel, de modo que o n\u00facleo do reator n\u00e3o pode mais ser resfriado ou o combust\u00edvel n\u00e3o pode mais ser removido do reator usando ferramentas e procedimentos atualmente dispon\u00edveis.\u00a0Os conceitos de ATF propostos buscam reduzir os riscos de acidentes graves (SA) aumentando o tempo dispon\u00edvel para os operadores para resposta a acidentes, reduzindo a extens\u00e3o e a taxa de produ\u00e7\u00e3o de calor e hidrog\u00eanio da oxida\u00e7\u00e3o de vapor de alta temperatura (HT) ou reduzindo as consequ\u00eancias de acidentes graves ao aumentando a reten\u00e7\u00e3o do produto de fiss\u00e3o (FP).<\/span><\/p>\n<h2><span>Tipos de Combust\u00edveis Tolerantes a Acidentes<\/span><\/h2>\n<h3><span>Combust\u00edvel Avan\u00e7ado Clad<\/span><\/h3>\n<p><span>Embora os atuais projetos de combust\u00edvel nuclear tenham funcionado muito bem em condi\u00e7\u00f5es normais de usinas, os projetos de combust\u00edvel nuclear existentes podem ser contestados quando colocados em cen\u00e1rios de acidentes graves al\u00e9m da base do projeto.\u00a0No caso de tais condi\u00e7\u00f5es, a perda prolongada de refrigerante e as altas temperaturas resultantes do combust\u00edvel podem levar \u00e0 degrada\u00e7\u00e3o do revestimento do combust\u00edvel e \u00e0 libera\u00e7\u00e3o precoce de produtos de fiss\u00e3o.<\/span><\/p>\n<p><span>Os conceitos de ATF propostos buscam reduzir os riscos de acidentes graves (SA) aumentando o tempo dispon\u00edvel para os operadores para resposta a acidentes, reduzindo a extens\u00e3o e a taxa de produ\u00e7\u00e3o de calor e hidrog\u00eanio da oxida\u00e7\u00e3o de vapor de alta temperatura (HT) ou reduzindo as consequ\u00eancias de acidentes graves ao aumentando a reten\u00e7\u00e3o do produto de fiss\u00e3o (FP).\u00a0Os atributos desejados para um material de revestimento ATF pr\u00e1tico s\u00e3o bastante rigorosos.\u00a0Al\u00e9m de boas propriedades de material em alta temperatura, o material candidato deve ser compat\u00edvel com os projetos atuais de combust\u00edvel\/n\u00facleo e fornecer opera\u00e7\u00e3o econ\u00f4mica, incluindo boa neutr\u00f4nica.\u00a0Al\u00e9m disso, do ponto de vista operacional, deve ser altamente confi\u00e1vel, resistente \u00e0 corros\u00e3o e exibir baixa fragiliza\u00e7\u00e3o em altas queimas.<\/span><\/p>\n<p><span>De acordo com o relat\u00f3rio da NEA, cinco classes diferentes de projetos de revestimento foram objeto da revis\u00e3o:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><strong><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/accident-tolerant-fuel-atf\/chromium-coated-fuel-cladding\/\"><span>Ligas de Zr revestidas e melhoradas<\/span><\/a><span>,<\/span><\/strong><\/li>\n<li><strong><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/accident-tolerant-fuel-atf\/advanced-steels-fecral-fuel-clad\/\"><span>A\u00e7os avan\u00e7ados<\/span><\/a><span>,<\/span><\/strong><\/li>\n<li><strong><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/accident-tolerant-fuel-atf\/zr-alloy-lined-molybdenum-cladding\/\"><span>Metais refrat\u00e1rios<\/span><\/a><span>,<\/span><\/strong><\/li>\n<li><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/accident-tolerant-fuel-atf\/sic-and-sic-sic-composite-claddings\/\"><strong><span>Revestimentos SiC e SiC\/SiC-comp\u00f3sitos<\/span><\/strong><\/a><\/li>\n<li><strong><span>componentes n\u00e3o combust\u00edveis, como caixas de canal SiC\/SiC ou hastes de controle tolerantes a acidentes (ATCR).<\/span><\/strong><\/li>\n<\/ul>\n<h3><span>Pellets de Combust\u00edvel Avan\u00e7ado<\/span><\/h3>\n<p><strong>\u00a0<\/strong><span>De acordo com o relat\u00f3rio da NEA, os projetos de combust\u00edvel cobertos pela For\u00e7a-Tarefa em Projetos Avan\u00e7ados de Combust\u00edvel consistem em tr\u00eas conceitos diferentes:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/accident-tolerant-fuel-atf\/improved-uo2-fuel-doped-uo2\/\"><strong><span>Combust\u00edvel UO2 melhorado<\/span><\/strong><\/a><span>.\u00a0Em rela\u00e7\u00e3o ao combust\u00edvel UO2 aprimorado, esse projeto espec\u00edfico foi dividido em dois subconceitos, como UO2 dopado com \u00f3xido e UO2 de alta condutividade t\u00e9rmica (projetado pela adi\u00e7\u00e3o de dopante met\u00e1lico ou cer\u00e2mico).<\/span><\/li>\n<li><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/accident-tolerant-fuel-atf\/uranium-silicide-fuel\/\"><strong><span>Combust\u00edvel de alta densidade<\/span><\/strong><\/a><span>.<\/span><\/li>\n<li><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/accident-tolerant-fuel-atf\/encapsulated-fuel-triso-sic-composite-pellets\/\"><strong><span>Combust\u00edvel encapsulado<\/span><\/strong><\/a><span>\u00a0(pellets compostos TRISO-SiC).<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<h2><span>Ligas de Zr revestidas e melhoradas<\/span><\/h2>\n<p><span>Os conceitos aprimorados de ATF devem mitigar a oxida\u00e7\u00e3o r\u00e1pida do revestimento durante transientes de alta temperatura no vapor e\/ou mistura vapor\/ar ou reduzir a temperatura do combust\u00edvel e a libera\u00e7\u00e3o de g\u00e1s de fiss\u00e3o (FGR) durante a opera\u00e7\u00e3o normal por propriedades de transporte de calor aprimoradas do combust\u00edvel.\u00a0Assim, o principal objetivo para a implementa\u00e7\u00e3o de revestimentos na superf\u00edcie do revestimento de liga de zirc\u00f4nio era fornecer uma barreira \u00e0 oxida\u00e7\u00e3o do vapor HT para reduzir significativamente o calor e o hidrog\u00eanio produzidos em compara\u00e7\u00e3o com as ligas de zirc\u00f4nio n\u00e3o revestidas.\u00a0Assim, o conceito ideal de revestimento de ATF deveria ter reduzido significativamente a cin\u00e9tica de oxida\u00e7\u00e3o de vapor de alta temperatura, levando a um aumento do tempo de adapta\u00e7\u00e3o em rela\u00e7\u00e3o \u00e0s ligas padr\u00e3o \u00e0 base de Zr.\u00a0O ATF ideal tamb\u00e9m deve ter maior resist\u00eancia mec\u00e2nica em alta temperatura para manter a geometria resfri\u00e1vel.<\/span><\/p>\n<p><span>Os revestimentos estudados at\u00e9 agora se enquadram em duas categorias:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><strong><span>Revestimentos Met\u00e1licos<\/span><\/strong>\n<ul>\n<li><strong><span>Revestimento revestido de Cr.\u00a0<\/span><\/strong><span>Revestimentos revestidos com Cr e outros revestimentos met\u00e1licos reduzem significativamente as taxas de oxida\u00e7\u00e3o em alta temperatura.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li><strong><span>Revestimentos Cer\u00e2micos<\/span><\/strong><\/li>\n<\/ul>\n<h3><span>Revestimento de combust\u00edvel revestido de cromo<\/span><\/h3>\n<p><span>O cromo \u00e9 um dos poss\u00edveis elementos de revestimento para combust\u00edvel tolerante a acidentes.\u00a0O revestimento de zirc\u00f4nio revestido com Cr e outros revestimentos met\u00e1licos reduzem significativamente as taxas de oxida\u00e7\u00e3o em alta temperatura.\u00a0A espessura do revestimento \u00e9 geralmente entre 20 e 30 mm.\u00a0Todos os materiais de revestimento investigados (Cr, FeCrAl, Cr-Al, CrN) s\u00e3o mais duros que as ligas de zirc\u00f4nio, portanto, se o revestimento for suficientemente espesso (&gt; 30\u03bcm), as propriedades mec\u00e2nicas ser\u00e3o modificadas com aumento da resist\u00eancia e redu\u00e7\u00e3o da ductilidade.\u00a0A maior dureza dos materiais de revestimento tem o benef\u00edcio de proteger potencialmente o revestimento contra atrito e desgaste.\u00a0Portanto, o revestimento de Cr pode reduzir significativamente o risco de danos no revestimento devido a detritos ou atrito entre grade e haste.<\/span><\/p>\n<p><span>Mas a principal vantagem \u00e9 que o revestimento revestido herda todos os benef\u00edcios das propriedades do material base de zirc\u00f4nio, mas melhora sua resist\u00eancia \u00e0 oxida\u00e7\u00e3o e \u00e0 corros\u00e3o, tanto para opera\u00e7\u00e3o normal quanto para condi\u00e7\u00f5es de acidente.\u00a0De acordo com v\u00e1rias investiga\u00e7\u00f5es, o revestimento revestido com Cr exibe resist\u00eancia p\u00f3s-t\u00eampera e ductilidade residual significativamente aumentadas.\u00a0O efeito de fortalecimento do revestimento revestido de Cr observado em alta temperatura \u00e9 ben\u00e9fico na medida em que retarda o tempo de ruptura e preserva melhor a geometria resfri\u00e1vel do canal de combust\u00edvel nuclear pela mitiga\u00e7\u00e3o do bloqueio do fluxo.\u00a0Al\u00e9m disso, a corros\u00e3o das ligas de zirc\u00f4nio revestidas com Cr \u00e9 reduzida a quase zero, diminuindo tamb\u00e9m a absor\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio pelo revestimento.\u00a0O revestimento, portanto, n\u00e3o exibir\u00e1 fragiliza\u00e7\u00e3o por hidrog\u00eanio,<\/span><\/p>\n<h3><span>Revestimento de combust\u00edvel revestido de cer\u00e2mica<\/span><\/h3>\n<p><span>Revestimentos cer\u00e2micos, incluindo \u00f3xidos, carbonetos e nitretos, e revestimentos compostos ou multicamadas.\u00a0Os revestimentos cer\u00e2micos de nitreto s\u00e3o usados \u200b\u200bpara endurecer materiais e melhorar seu comportamento ao desgaste, especialmente TiN e TiAlN.\u00a0Al\u00e9m disso, CrN tamb\u00e9m \u00e9 usado para prote\u00e7\u00e3o contra corros\u00e3o.\u00a0Os revestimentos cer\u00e2micos s\u00e3o muito mais quebradi\u00e7os do que os revestimentos met\u00e1licos e, portanto, mais propensos a sofrer rachaduras e danos.\u00a0Uma das principais desvantagens dos revestimentos cer\u00e2micos \u00e9 a dissolu\u00e7\u00e3o dos revestimentos contendo Al (TiAlN, CrAlN e, em menor grau, FeCrAl).<\/span><\/p>\n<h2><span>A\u00e7os Avan\u00e7ados<\/span><\/h2>\n<p><span>As ligas FeCrAl consistem principalmente de ferro, cromo (20\u201330%) e alum\u00ednio (4\u20137,5%). Essas ligas s\u00e3o conhecidas sob a marca comercial Kanthal, que \u00e9 uma fam\u00edlia de ligas de ferro-cromo-alum\u00ednio (FeCrAl) usadas em uma ampla gama de aplica\u00e7\u00f5es de resist\u00eancia e alta temperatura. FeCrAl \u00e9 altamente resistente \u00e0 corros\u00e3o devido \u00e0 forma\u00e7\u00e3o de um \u00f3xido fino rico em alum\u00ednio, Al<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span>O<\/span><sub><span>3<\/span><\/sub><span>.<\/span><\/p>\n<p><span>O ATF \u00e0 base de FeCrAl utiliza um material de liga de FeCrAl como revestimento de haste de combust\u00edvel em combina\u00e7\u00e3o com pastilhas de combust\u00edvel de di\u00f3xido de ur\u00e2nio (UO<sub>2<\/sub>) atualmente em uso. As varetas de combust\u00edvel revestidas de liga de FeCrAl (com combust\u00edvel UO<sub>2<\/sub>) parecem exibir propriedades que atendem ou excedem os requisitos t\u00e9cnicos atuais de projeto de combust\u00edvel (com as exce\u00e7\u00f5es indicadas abaixo), ao mesmo tempo em que fornecem maior benef\u00edcio de seguran\u00e7a durante eventos de base de projeto e condi\u00e7\u00f5es de acidentes graves. A principal vantagem do conceito sobre o Zircaloy \u00e9 sua cin\u00e9tica de oxida\u00e7\u00e3o substancialmente mais lenta at\u00e9 1773 K (1500 \u00b0C). As ligas de FeCrAl t\u00eam resist\u00eancia mec\u00e2nica semelhante ou superior \u00e0 da zirc\u00f4nia, com escoamento pl\u00e1stico (baloniza\u00e7\u00e3o) e caracter\u00edsticas de perfura\u00e7\u00e3o semelhantes ou melhores que as ligas de zirc\u00f4nio.<\/span><\/p>\n<p><span>Existem duas desvantagens principais dos clads de combust\u00edvel \u00e0 base de FeCrAl:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><span>Aumento da absor\u00e7\u00e3o de n\u00eautrons parasitas.\u00a0Devido ao aumento da se\u00e7\u00e3o transversal de absor\u00e7\u00e3o de n\u00eautrons do ferro.<\/span><\/li>\n<li><span>Libera\u00e7\u00f5es de tr\u00edtio.\u00a0H\u00e1 um aumento potencial na libera\u00e7\u00e3o de tr\u00edtio no refrigerante do reator.\u00a0O tr\u00edtio \u00e9 produzido como um produto de fiss\u00e3o (FP).\u00a0O FeCrAl n\u00e3o reage com o hidrog\u00eanio para formar hidretos est\u00e1veis \u200b\u200bde forma semelhante a uma liga \u00e0 base de zirc\u00f4nio, resultando em maior permeabilidade do tr\u00edtio atrav\u00e9s do revestimento para o refrigerante do reator.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<h2><span>Metais refrat\u00e1rios para revestimento de combust\u00edvel<\/span><\/h2>\n<p><strong><span>Os metais<\/span><\/strong><span>\u00a0e ligas refrat\u00e1rias s\u00e3o bem conhecidos por sua extraordin\u00e1ria\u00a0<\/span><strong><span>resist\u00eancia ao calor e ao desgaste<\/span><\/strong><span>. O principal requisito para resistir a altas temperaturas \u00e9 um alto ponto de fus\u00e3o e propriedades mec\u00e2nicas est\u00e1veis \u200b\u200b(por exemplo, alta dureza) mesmo em altas temperaturas. Os metais refrat\u00e1rios mais comuns incluem cinco elementos: ni\u00f3bio e molibd\u00eanio do quinto per\u00edodo e t\u00e2ntalo, tungst\u00eanio e r\u00eanio do sexto per\u00edodo. Todos eles compartilham algumas propriedades, incluindo um ponto de fus\u00e3o acima de 2000 \u00b0C e alta dureza \u00e0 temperatura ambiente. Fabricabilidade pobre em baixa temperatura e extrema oxidabilidade em altas temperaturas s\u00e3o as principais desvantagens da maioria dos metais refrat\u00e1rios. A aplica\u00e7\u00e3o desses metais requer uma atmosfera ou revestimento protetor.<\/span><\/p>\n<h3><span>Revestimento de molibd\u00eanio revestido com liga de Zr<\/span><\/h3>\n<p><span>Em 2012, a EPRI iniciou um projeto de pesquisa independente com projetos conceituais de liga de molibd\u00eanio revestida como um revestimento ATF para obter resist\u00eancia a acidentes em uma faixa de temperatura de 1200 a 1500 \u00b0C. O molibd\u00eanio (Mo) \u00e9 um candidato devido ao seu ponto de fus\u00e3o muito alto (2623 \u00b0C) e sua alta resist\u00eancia em temperaturas elevadas. Ao mesmo tempo, sabe-se que o Mo e suas ligas s\u00e3o suscet\u00edveis \u00e0 forma\u00e7\u00e3o de MoO3 vol\u00e1til em ambientes oxidantes a temperaturas &gt; 600 \u00b0C. Portanto, este programa de pesquisa usa um projeto composto no qual o revestimento de liga de Mo \u00e9 coberto com um revestimento protetor externo de uma liga de Zr ou uma liga contendo Al.<\/span><\/p>\n<p><span>Prev\u00ea-se que o revestimento de Mo revestido com liga de Zr possua resist\u00eancia suficiente \u00e0 corros\u00e3o e hidreto para o atual limite de queima de combust\u00edvel e al\u00e9m. Prev\u00ea-se que os revestimentos duplex Mo-Zr e Mo-FeCrAl totalmente met\u00e1licos alcancem toler\u00e2ncia a acidentes, formando um \u00f3xido protetor durante um acidente. O fino revestimento de liga de Zr ser\u00e1 completamente oxidado a ZrO<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span> quando a temperatura atingir 1.000\u00b0C ou mais.\u00a0Com a liga adequada, o ZrO<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span> manter\u00e1 sua integridade e estabilidade e fornecer\u00e1 prote\u00e7\u00e3o \u00e0 liga de molibd\u00eanio subjacente.\u00a0Um revestimento fino de FeCrAl \u00e9 altamente resistente \u00e0 corros\u00e3o em refrigerantes LWR devido \u00e0 forma\u00e7\u00e3o de um \u00f3xido protetor rico em cromo, principalmente Cr<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span>O<\/span><sub><span>3<\/span><\/sub><span>. Em vapor de alta temperatura, FeCrAl \u00e9 altamente resistente \u00e0 corros\u00e3o devido \u00e0 forma\u00e7\u00e3o de um fino \u00f3xido rico em alum\u00ednio, Al<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span>O<\/span><sub><span>3<\/span><\/sub><span>.\u00a0As ligas FeCrAl consistem principalmente de ferro, cromo (20\u201330%) e alum\u00ednio (4\u20137,5%).\u00a0Essas ligas s\u00e3o conhecidas sob a marca comercial Kanthal, que \u00e9 uma fam\u00edlia de ligas de ferro-cromo-alum\u00ednio (FeCrAl) usadas em uma ampla gama de aplica\u00e7\u00f5es de resist\u00eancia e alta temperatura.<\/span><\/p>\n<p><span>O molibd\u00eanio \u00e9 altamente resistente \u00e0 oxida\u00e7\u00e3o em vapor de alta pureza ou redutor.\u00a0Portanto, espera-se que o revestimento de molibd\u00eanio revestido mantenha boa integridade no caso de entrada de vapor em uma haste de combust\u00edvel com falha, bem como sob um LOCA de base de projeto.\u00a0No caso de o revestimento externo ser removido localmente, como devido ao atrito entre a grade e a haste, pode ocorrer corros\u00e3o localizada do revestimento de molibd\u00eanio.<\/span><\/p>\n<h2><span>Revestimentos SiC e SiC\/SiC-comp\u00f3sitos<\/span><\/h2>\n<p><strong><span>O carboneto de sil\u00edcio<\/span><\/strong><span>\u00a0\u00e9 um composto cristalino de sil\u00edcio e carbono extremamente duro, produzido sinteticamente.\u00a0Sua f\u00f3rmula qu\u00edmica \u00e9 SiC.\u00a0O carboneto de sil\u00edcio tem uma classifica\u00e7\u00e3o de dureza Mohs de 9, aproximando-se da do diamante.\u00a0Al\u00e9m da dureza, os cristais de carboneto de sil\u00edcio possuem caracter\u00edsticas de fratura que os tornam extremamente \u00fateis em rebolos.\u00a0Sua alta condutividade t\u00e9rmica, juntamente com sua resist\u00eancia a altas temperaturas, baixa expans\u00e3o t\u00e9rmica e resist\u00eancia a rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas, torna o carboneto de sil\u00edcio valioso na fabrica\u00e7\u00e3o de aplica\u00e7\u00f5es de alta temperatura e outros refrat\u00e1rios.<\/span><\/p>\n<p><span>Na ind\u00fastria nuclear, o material comp\u00f3sito de carboneto de sil\u00edcio tem sido investigado para uso como substituto do revestimento de liga de zirc\u00f4nio em reatores de \u00e1gua leve.\u00a0As cer\u00e2micas \u00e0 base de carboneto de sil\u00edcio (SiC) e seus comp\u00f3sitos t\u00eam propriedades superiores de alta temperatura (HT), excelente resist\u00eancia \u00e0 irradia\u00e7\u00e3o, baixa ativa\u00e7\u00e3o inerente e outras propriedades f\u00edsicas\/qu\u00edmicas superiores.\u00a0O comp\u00f3sito consiste em fibras de SiC enroladas em uma camada interna de SiC e cercadas por uma camada externa de SiC.\u00a0Problemas foram relatados com a capacidade de unir as pe\u00e7as do comp\u00f3sito de SiC.<\/span><\/p>\n<p><span>O revestimento de SiC destina-se a fornecer melhorias inovadoras na margem de seguran\u00e7a.\u00a0O revestimento de SiC reage muitas ordens de magnitude mais lentamente com \u00e1gua e vapor do que com zirc\u00f4nio em temperaturas cr\u00edticas (acima de 800\u00b0C), resultando em gera\u00e7\u00e3o m\u00ednima de calor e hidrog\u00eanio em cen\u00e1rios de acidente fora do projeto.\u00a0Espera-se que os revestimentos compostos de SiC e os componentes de combust\u00edvel forne\u00e7am excelentes recursos de seguran\u00e7a passiva tanto em acidentes de base de projeto quanto em condi\u00e7\u00f5es de extens\u00e3o de projeto de acidentes graves (SAs).\u00a0Al\u00e9m disso, espera-se que os comp\u00f3sitos SiC\/SiC forne\u00e7am benef\u00edcios adicionais sobre as ligas de Zr, como uma se\u00e7\u00e3o transversal de absor\u00e7\u00e3o de n\u00eautrons reduzida, permitindo um menor enriquecimento de ur\u00e2nio.\u00a0A combina\u00e7\u00e3o dessas caracter\u00edsticas atraentes torna os comp\u00f3sitos de SiC um dos principais candidatos para revestimento de combust\u00edvel LWR tolerante a acidentes e estruturas centrais.<\/span><\/p>\n<p><span>Existem tr\u00eas principais desvantagens dos clads de combust\u00edvel composto SiC\/SiC:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><span>Fabrica\u00e7\u00e3o.\u00a0A fabrica\u00e7\u00e3o de revestimentos finos de combust\u00edvel requer mais desenvolvimento.\u00a0Tamb\u00e9m deve ser desenvolvida uma tecnologia para uni\u00e3o de terminais com estanqueidade ao g\u00e1s e resist\u00eancia adequada, porque a cer\u00e2mica de SiC n\u00e3o pode ser soldada.<\/span><\/li>\n<li><span>Libera\u00e7\u00f5es de tr\u00edtio.\u00a0H\u00e1 um aumento potencial na libera\u00e7\u00e3o de tr\u00edtio no refrigerante do reator.\u00a0O tr\u00edtio \u00e9 produzido como um produto de fiss\u00e3o (FP).\u00a0O SiC n\u00e3o reage com o hidrog\u00eanio para formar hidretos est\u00e1veis \u200b\u200bde forma semelhante a uma liga \u00e0 base de zirc\u00f4nio, resultando em maior permeabilidade do tr\u00edtio atrav\u00e9s do revestimento para o refrigerante do reator.\u00a0A escolha de usar um material de revestimento adequado pode ajudar a mitigar esse problema.<\/span><\/li>\n<li><span>SiC\/SiC tem condutividade t\u00e9rmica significativamente menor do que as ligas de zirc\u00f4nio.\u00a0Este fato infuencia negativamente as temperaturas da linha central do pellet e tamb\u00e9m o tempo de coping.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<p><span>Um dos poss\u00edveis revestimentos compostos de SiC foi desenvolvido pela General Atomics e \u00e9 conhecido como composto de carboneto de sil\u00edcio (SiC) SiGA\u2122, no qual o material da matriz de SiC \u00e9 refor\u00e7ado com fibra de SiC flex\u00edvel da mesma forma que o vergalh\u00e3o de a\u00e7o refor\u00e7a o concreto.\u00a0Isso cria um material extremamente duro e dur\u00e1vel que pode suportar as condi\u00e7\u00f5es mais severas do reator.<\/span><\/p>\n<h2><span>Hastes de controle tolerantes a acidentes &#8211; ATCR<\/span><\/h2>\n<p><strong><span>As hastes de controle<\/span><\/strong><span>\u00a0s\u00e3o um importante\u00a0<\/span><strong><span>sistema de seguran\u00e7a<\/span><\/strong><span>\u00a0de reatores nucleares.\u00a0Sua a\u00e7\u00e3o imediata e resposta imediata do reator s\u00e3o indispens\u00e1veis.\u00a0Barras de controle s\u00e3o usadas para manter o estado desejado de\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power\/fission\/\"><span>rea\u00e7\u00f5es de fiss\u00e3o<\/span><\/a><span>\u00a0dentro de um\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-reactor\/\"><span>reator nuclear<\/span><\/a><span>\u00a0(ou seja, estado subcr\u00edtico, estado cr\u00edtico, mudan\u00e7as de energia). Elas constituem um componente chave de um\u00a0<\/span><strong><span>sistema de desligamento de emerg\u00eancia (SCRAM)<\/span><\/strong><span>\u00a0.<\/span><\/p>\n<p><span>As hastes de controle s\u00e3o hastes, placas ou tubos contendo um\u00a0<\/span><strong><span>material absorvedor de n\u00eautrons (material com\u00a0<\/span><\/strong><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/neutron-cross-section\/\"><span>se\u00e7\u00e3o transversal de<\/span><\/a><span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/neutron-cross-section\/\">\u00a0alta absor\u00e7\u00e3o<\/a>\u00a0para n\u00eautrons t\u00e9rmicos), como\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/glossary\/boron-10\/\"><span>boro<\/span><\/a><span>, h\u00e1fnio,\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/glossary\/cadmium\/\"><span>c\u00e1dmio<\/span><\/a><span>, etc., usados \u200b\u200bpara controlar a pot\u00eancia de um reator nuclear.\u00a0Ao absorver n\u00eautrons, uma haste de controle evita que os\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power\/reactor-physics\/atomic-nuclear-physics\/fundamental-particles\/neutron\/\"><span>n\u00eautrons<\/span><\/a><span>\u00a0causem novas fiss\u00f5es.<\/span><\/p>\n<p><span>As hastes de controle geralmente constituem\u00a0<\/span><strong><span>conjuntos de hastes de controle de cluster<\/span><\/strong><span> (<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/pwr-pressurized-water-reactor\/\"><span>PWR<\/span><\/a><span>) e s\u00e3o inseridos em dedais de guia dentro de um\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/\"><span>conjunto de combust\u00edvel nuclear<\/span><\/a><span>.\u00a0O material absorvente (por exemplo, gr\u00e2nulos de carboneto de boro ou liga Ag-In-Cd) \u00e9 protegido pelo revestimento geralmente feito de a\u00e7o inoxid\u00e1vel.<\/span><\/p>\n<p><span>No entanto, o ponto de fus\u00e3o da liga Ag-In-Cd (~790 \u030aC), a temperatura eut\u00e9tica de carboneto de boro (B<sub>4<\/sub>C) e Fe (~1150 \u030aC) e a temperatura eut\u00e9tica de Fe e Zr (~950 \u030aC) s\u00e3o inferiores a temperatura (\u22731 200) \u00e0 qual o revestimento de combust\u00edvel de liga de Zr come\u00e7a a ser intensamente oxidado em condi\u00e7\u00f5es de acidente grave.\u00a0Consequentemente, \u00e9 poss\u00edvel que as hastes de controle derretam e colapsem antes que o n\u00facleo do reator seja significativamente danificado no caso de acidentes graves.<\/span><\/p>\n<p><span>As seguintes caracter\u00edsticas inerentes s\u00e3o exigidas em hastes de controle tolerantes a acidentes:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><span>O valor da reatividade do ATCR deve ser compar\u00e1vel ou superior ao do CR convencional.<\/span><\/li>\n<li><span>Os materiais de absor\u00e7\u00e3o de n\u00eautrons usados \u200b\u200bno ATCR devem ter ponto de fus\u00e3o suficientemente alto e alta temperatura eut\u00e9tica com revestimento para evitar a quebra dos CRs antes da falha extensa da barra de combust\u00edvel em um acidente grave, evitando assim recriticalidade incontrol\u00e1vel, mesmo se \u00e1gua n\u00e3o borada for injetada para resfriamento de emerg\u00eancia do n\u00facleo.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<p><span>A ideia principal \u00e9 substituir os materiais convencionais de absor\u00e7\u00e3o de n\u00eautrons por materiais cer\u00e2micos adequados que satisfa\u00e7am os requisitos acima. O candidato a um novo material absorvedor para ATC inclui gadolinia (Gd<sub>2<\/sub>O<sub>3<\/sub>), samaria (Sm<sub>2<\/sub>O<sub>3<\/sub>), europia (Eu<sub>2<\/sub>O<sub>3<\/sub>), disprosia (Dy<sub>2<\/sub>O<sub>3<\/sub>), hafnia (HfO<sub>2<\/sub>). O ponto de fus\u00e3o desses materiais e a temperatura de liquefa\u00e7\u00e3o com Fe s\u00e3o maiores do que a temperatura de oxida\u00e7\u00e3o r\u00e1pida da liga de zirc\u00f4nio.<\/span><\/p>\n<h2><span>Combust\u00edvel UO2 melhorado<\/span><\/h2>\n<p><span>A maioria dos\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/pwr-pressurized-water-reactor\/\"><span>PWRs<\/span><\/a><span>\u00a0usa\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/uranium\/\"><strong><span>combust\u00edvel de ur\u00e2nio<\/span><\/strong><\/a><span>, que est\u00e1 na forma de\u00a0<\/span><strong><span>di\u00f3xido de ur\u00e2nio<\/span><\/strong><span>.\u00a0O di\u00f3xido de ur\u00e2nio \u00e9 um s\u00f3lido semicondutor preto com\u00a0<\/span><strong><span>condutividade t\u00e9rmica muito baixa<\/span><\/strong><span>.\u00a0Por outro lado, o di\u00f3xido de ur\u00e2nio tem\u00a0<\/span><strong><span>ponto de fus\u00e3o muito alto<\/span><\/strong><span>\u00a0e\u00a0<\/span><strong><span>comportamento bem conhecido<\/span><\/strong><span>.\u00a0O UO<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span>\u00a0\u00e9 prensado em\u00a0<\/span><strong><span>pellets<\/span><\/strong><span>, esses pellets s\u00e3o ent\u00e3o sinterizados no cilindro s\u00f3lido (com altura e di\u00e2metro de cerca de 1 cent\u00edmetro, sendo a altura maior que o di\u00e2metro).<\/span><\/p>\n<p><span>Em rela\u00e7\u00e3o ao combust\u00edvel UO2 aprimorado, esse projeto espec\u00edfico foi dividido em dois subconceitos, como:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><strong><span>UO2 dopado<\/span><\/strong><span>. Atributos desej\u00e1veis \u200b\u200bpara pastilhas de combust\u00edvel tolerante a acidentes (ATF) incluem o aumento da reten\u00e7\u00e3o de produtos de fiss\u00e3o (FPs) e minimiza\u00e7\u00e3o da intera\u00e7\u00e3o da casca da pastilha. De acordo com as propostas da Westinghouse, o pellet de UO<sub>2<\/sub>\u00a0dopado com cromo (Cr<sub>2<\/sub><\/span><span>O<\/span><sub><span>3<\/span><\/sub><span>) e alumina (Al<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span>O<\/span><sub><span>3<\/span><\/sub><span>), conhecido como nosso pellet ADOPT, atinge maior efici\u00eancia de ur\u00e2nio por meio de:<\/span>\n<ul>\n<li><span>Aumento da densidade de material f\u00edssil<\/span><\/li>\n<li><span>Uma taxa de flu\u00eancia maior do que o UO<sub>2<\/sub> padr\u00e3o em altas temperaturas<\/span><\/li>\n<li><span>Maior estabilidade t\u00e9rmica<\/span><\/li>\n<li><span>Lavagem reduzida em caso de vazamento da vareta de combust\u00edvel<\/span><\/li>\n<li><span>Redu\u00e7\u00e3o da libera\u00e7\u00e3o de g\u00e1s de fiss\u00e3o em um cen\u00e1rio transit\u00f3rio<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li><strong><span>UO<sub>2<\/sub> de alta condutividade t\u00e9rmica<\/span><\/strong><span>\u00a0(projetado pela adi\u00e7\u00e3o de dopante met\u00e1lico ou cer\u00e2mico).\u00a0O di\u00f3xido de ur\u00e2nio \u00e9 um s\u00f3lido semicondutor preto com condutividade t\u00e9rmica muito baixa.\u00a0A condutividade t\u00e9rmica \u00e9 um dos par\u00e2metros que determinam a\u00a0\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/heat-transfer\/heat-generation\/temperature-profile-nuclear-fuel\/\"><strong><span>temperatura central do combust\u00edvel<\/span><\/strong><\/a><span>. Essa baixa condutividade t\u00e9rmica pode resultar em superaquecimento localizado na linha central do combust\u00edvel e, portanto, esse superaquecimento deve ser evitado. O conceito de combust\u00edvel cermet (cer\u00e2mico-met\u00e1lico) para LWRs \u00e9 considerado. Com baixa fra\u00e7\u00e3o volum\u00e9trica de aditivo met\u00e1lico altamente condutor, as pastilhas CERMET combust\u00edvel apresentam condutividade superior \u00e0s pastilhas padr\u00e3o UO<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span>, baixando a temperatura do combust\u00edvel em condi\u00e7\u00f5es normais de opera\u00e7\u00e3o e aumentando as margens com rela\u00e7\u00e3o ao derretimento do combust\u00edvel em caso de acidente.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<h2><span>Combust\u00edvel de alta densidade<\/span><\/h2>\n<p><span>A maioria dos materiais met\u00e1licos sugeridos para uso como revestimento para reduzir a oxida\u00e7\u00e3o do vapor apresentam penalidades de reatividade bastante grandes em compara\u00e7\u00e3o com os revestimentos tradicionais \u00e0 base de Zr.\u00a0Essas penalidades podem ser compensadas por um aumento do enriquecimento de\u00a0<\/span><sup><span>235<\/span><\/sup><span>U e\/ou uma diminui\u00e7\u00e3o na dura\u00e7\u00e3o do ciclo.\u00a0Para compensar isso sem as concess\u00f5es anteriores, a densidade f\u00edssil no pellet deve ser aumentada.\u00a0A densidade f\u00edssil pode ser aumentada de v\u00e1rias maneiras.\u00a0Uma maneira poss\u00edvel \u00e9 aumentar a densidade do material, e outra \u00e9 aumentar a propor\u00e7\u00e3o de metal para n\u00e3o metal nos combust\u00edveis compostos de metal.<\/span><\/p>\n<p><span>Existem v\u00e1rios projetos propostos de combust\u00edvel de alta densidade, mas deve-se notar que todos os combust\u00edveis de alta densidade est\u00e3o longe de estarem prontos para serem usados \u200b\u200bcomo combust\u00edveis em reatores comerciais de \u00e1gua leve.\u00a0Os conceitos incluem:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><strong><span>Combust\u00edveis Nitretos<\/span><\/strong><\/li>\n<li><strong><span>Combust\u00edveis Silicidas<\/span><\/strong><\/li>\n<li><strong><span>Combust\u00edveis de Carboneto<\/span><\/strong><\/li>\n<li><strong><span>Combust\u00edveis Met\u00e1licos<\/span><\/strong><\/li>\n<\/ul>\n<h3><span>Combust\u00edvel de Silicida de Ur\u00e2nio<\/span><\/h3>\n<p><span>O siliceto de ur\u00e2nio \u00e9 um composto inorg\u00e2nico de ur\u00e2nio. \u00c9 um dos projetos poss\u00edveis de materiais de pellets de combust\u00edvel tolerantes a acidentes propostos. As vantagens s\u00e3o maior porcentagem de ur\u00e2nio e maior condutividade t\u00e9rmica. Com uma densidade de siliceto de ur\u00e2nio de 12,2 g\/cm<\/span><sup><span>3<\/span><\/sup><span>\u00a0(vs.), o siliceto de ur\u00e2nio (U3Si2) oferece um aumento na economia de combust\u00edvel.\u00a0O di\u00f3xido de ur\u00e2nio tem uma densidade de\u00a0<\/span><strong><span>10,97 g\/cm<\/span><sup><span>3<\/span><\/sup><\/strong><span>.\u00a0Al\u00e9m disso, h\u00e1 um excedente de sua composi\u00e7\u00e3o estequiom\u00e9trica.\u00a0No final, h\u00e1 uma densidade de ur\u00e2nio cerca de 17% maior que a do di\u00f3xido de ur\u00e2nio.\u00a0Uma substitui\u00e7\u00e3o direta de UO\u00a0<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span>\u00a0por U\u00a0<\/span><sub><span>3<\/span><\/sub><span>\u00a0Si\u00a0<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span>deve permitir que um reator gere mais energia a partir de um conjunto de barras de combust\u00edvel e tamb\u00e9m forne\u00e7a mais &#8220;tempo de enfrentamento&#8221; no caso de acidentes graves.\u00a0Sua condutividade t\u00e9rmica (~8,5 W\/mK a 300 K) \u00e9 significativamente maior que a do di\u00f3xido de ur\u00e2nio em temperaturas operacionais e aumenta em fun\u00e7\u00e3o da temperatura (a condutividade t\u00e9rmica do di\u00f3xido de ur\u00e2nio diminui em fun\u00e7\u00e3o da temperatura).\u00a0Essa condutividade t\u00e9rmica compensa seu ponto de fus\u00e3o mais baixo, de modo que as margens operacionais e de seguran\u00e7a do combust\u00edvel s\u00e3o aprimoradas.<\/span><\/p>\n<p><span>A Westinghouse, o Laborat\u00f3rio Nacional de Idaho (INL) e o Laborat\u00f3rio Nacional de Los Alamos come\u00e7aram a desenvolver e fabricar siliceto de ur\u00e2nio e seus combust\u00edveis compostos por meio do programa de Combust\u00edvel Tolerante a Acidentes do DOE. O desempenho t\u00e9rmico aprimorado do U<\/span><sub><span>3<\/span><\/sub><span>Si<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span> em compara\u00e7\u00e3o com o combust\u00edvel UO<\/span><sub><span>2<\/span><\/sub><span>\u00a0permite a implementa\u00e7\u00e3o de um revestimento mais avan\u00e7ado, como um composto de SiC-SiC, que, al\u00e9m dos benef\u00edcios operacionais e de seguran\u00e7a esperados, tamb\u00e9m oferece economia de n\u00eautrons superior e maior economia de custos do ciclo de combust\u00edvel em rela\u00e7\u00e3o aos revestimentos \u00e0 base de Zr.<\/span><\/p>\n<h3><span>Combust\u00edvel encapsulado &#8211; gr\u00e2nulos compostos TRISO-SiC<\/span><\/h3>\n<figure id=\"attachment_30482\" aria-describedby=\"caption-attachment-30482\" style=\"width: 290px\" class=\"wp-caption alignright\"><img decoding=\"async\" loading=\"lazy\" class=\"size-medium wp-image-30482\" src=\"https:\/\/material-properties.org\/wp-content\/uploads\/2020\/07\/TRISO_fuel_particle-300x300.jpg\" alt=\"TRISO\" width=\"300\" height=\"300\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-30482\" class=\"wp-caption-text\"><span>TRISO, TRI-estrutural ISO-tr\u00f3pico, \u00e9 um tipo de micro part\u00edcula de combust\u00edvel, que consiste em n\u00facleos de material f\u00edssil revestidos com m\u00faltiplas camadas de carbono poroso ou denso e carboneto de sil\u00edcio.\u00a0Fonte: energy.gov Licen\u00e7a: Dom\u00ednio P\u00fablico<\/span><\/figcaption><\/figure>\n<p><strong><span>TRISO<\/span><\/strong><span>, TRI-estrutural ISO-tr\u00f3pico, \u00e9 um tipo de micro part\u00edcula de combust\u00edvel, que consiste em n\u00facleos de material f\u00edssil revestidos com m\u00faltiplas camadas de carbono poroso ou denso e carboneto de sil\u00edcio.\u00a0Historicamente, as part\u00edculas TRISO t\u00eam sido utilizadas em elementos combust\u00edveis constitu\u00eddos por seixos esf\u00e9ricos ou blocos prism\u00e1ticos hexagonais com grafite usado como matriz e revestimento para o elemento combust\u00edvel.\u00a0Cada part\u00edcula atua como seu pr\u00f3prio sistema de conten\u00e7\u00e3o gra\u00e7as \u00e0s suas camadas de revestimento triplo.\u00a0Isso permite que eles retenham produtos de fiss\u00e3o em todas as condi\u00e7\u00f5es do reator.\u00a0<\/span><strong><span>As part\u00edculas TRISO<\/span><\/strong><span>\u00a0podem suportar temperaturas extremas que est\u00e3o muito al\u00e9m do limiar dos atuais combust\u00edveis nucleares.\u00a0<\/span><strong><span>Pelotas compostas TRISO-SiC <\/span><\/strong><span>consistem em part\u00edculas de combust\u00edvel TRISO embutidas em uma matriz de SiC.\u00a0O uso de SiC como matriz em vez de grafite melhora a toler\u00e2ncia \u00e0 radia\u00e7\u00e3o da matriz de combust\u00edvel, al\u00e9m de aumentar a reten\u00e7\u00e3o de FP.\u00a0O combust\u00edvel composto TRISO-SiC \u00e9 geralmente chamado de combust\u00edvel microencapsulado totalmente cer\u00e2mico (FCM).<\/span><\/p>\n<p><span>De acordo com o relat\u00f3rio da NEA, o combust\u00edvel TRISO-SiC \u00e9 concebido como um conceito promissor de m\u00e9dio prazo para substituir os atuais pellets de combust\u00edvel UO<sub>2<\/sub>. Possui caracter\u00edsticas de seguran\u00e7a potencialmente superiores em rela\u00e7\u00e3o a outras formas de combust\u00edvel como resultado de suas m\u00faltiplas barreiras \u00e0 dispers\u00e3o de FP, alta estabilidade mec\u00e2nica e boa condutividade t\u00e9rmica. Uma baixa densidade de carregamento de material f\u00edssil \u00e9 a principal quest\u00e3o para este conceito. A fim de aumentar a carga f\u00edssil, a combina\u00e7\u00e3o de enriquecimento de ur\u00e2nio at\u00e9 o limite superior pr\u00e1tico de LEU (~ 19,7% de 235-U), aumentando a fra\u00e7\u00e3o de volume de n\u00facleo para part\u00edcula e fra\u00e7\u00e3o de embalagem TRISO e aumentando o di\u00e2metro do pino de combust\u00edvel foi proposto.<\/span><\/p>\n<p><span>O carboneto de sil\u00edcio \u00e9 um composto cristalino de sil\u00edcio e carbono extremamente duro, produzido sinteticamente.\u00a0Sua f\u00f3rmula qu\u00edmica \u00e9 SiC.\u00a0O carboneto de sil\u00edcio tem uma classifica\u00e7\u00e3o de dureza Mohs de 9, aproximando-se da do diamante.\u00a0Sua alta condutividade t\u00e9rmica, juntamente com sua resist\u00eancia a altas temperaturas, baixa expans\u00e3o t\u00e9rmica e resist\u00eancia a rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas, torna o carboneto de sil\u00edcio valioso na fabrica\u00e7\u00e3o de aplica\u00e7\u00f5es de alta temperatura e outros refrat\u00e1rios.\u00a0Na ind\u00fastria nuclear, o material comp\u00f3sito de carboneto de sil\u00edcio tem sido investigado para uso como substituto do revestimento de liga de zirc\u00f4nio em reatores de \u00e1gua leve.\u00a0As cer\u00e2micas \u00e0 base de carboneto de sil\u00edcio (SiC) e seus comp\u00f3sitos t\u00eam propriedades superiores de alta temperatura (HT), excelente resist\u00eancia \u00e0 irradia\u00e7\u00e3o, baixa ativa\u00e7\u00e3o inerente e outras propriedades f\u00edsicas\/qu\u00edmicas superiores.<\/span><\/p>\n<p><span><\/span><\/p><\/div><\/div><\/span><\/p>\n<p><span><div  class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights \"><div  class=\"inside-grid-column\">\n<p><span><div class=\"su-accordion su-u-trim\"><div class=\"su-spoiler su-spoiler-style-default su-spoiler-icon-plus\" data-scroll-offset=\"0\" data-anchor-in-url=\"no\"><div class=\"su-spoiler-title\" tabindex=\"0\" role=\"button\"><span class=\"su-spoiler-icon\"><\/span>Refer\u00eancias:<\/div><div class=\"su-spoiler-content su-u-clearfix su-u-trim\">Ci\u00eancia dos Materiais:<\/div><\/div><\/div><\/span><\/p>\n<p><span>Departamento de Energia dos EUA, Ci\u00eancia de Materiais.\u00a0DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.<\/span><br \/>\n<span>Departamento de Energia dos EUA, Ci\u00eancia de Materiais.\u00a0DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.<\/span><br \/>\n<span>William D. Callister, David G. Rethwisch.\u00a0Ci\u00eancia e Engenharia de Materiais: Uma Introdu\u00e7\u00e3o 9\u00aa Edi\u00e7\u00e3o, Wiley;\u00a09 edi\u00e7\u00e3o (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.<\/span><br \/>\n<span>Eberhart, Mark (2003).\u00a0Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz.\u00a0Harmonia.\u00a0ISBN 978-1-4000-4760-4.<\/span><br \/>\n<span>Gaskell, David R. (1995).\u00a0Introdu\u00e7\u00e3o \u00e0 Termodin\u00e2mica dos Materiais (4\u00aa ed.).\u00a0Editora Taylor e Francis.\u00a0ISBN 978-1-56032-992-3.<\/span><br \/>\n<span>Gonz\u00e1lez-Vi\u00f1as, W. &amp; Mancini, HL (2004).\u00a0Uma Introdu\u00e7\u00e3o \u00e0 Ci\u00eancia dos Materiais.\u00a0Princeton University Press.\u00a0ISBN 978-0-691-07097-1.<\/span><br \/>\n<span>Ashby, Michael;\u00a0Hugh Shercliff;\u00a0David Cebon (2007).\u00a0Materiais: engenharia, ci\u00eancia, processamento e design (1\u00aa ed.).\u00a0Butterworth-Heinemann.\u00a0ISBN 978-0-7506-8391-3.<\/span><br \/>\n<span>JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdu\u00e7\u00e3o \u00e0 Engenharia Nuclear, 3\u00aa ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.<\/span><br \/>\n<span><\/span><\/p><\/div><\/div><div class=\"su-divider su-divider-style-dotted\" style=\"margin:15px 0;border-width:2px;border-color:#999999\"><\/div><div class=\"su-divider su-divider-style-default\" style=\"margin:15px 0;border-width:2px;border-color:#999999\"><\/div><div  class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-33 lgc-tablet-grid-33 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights \"><div  class=\"inside-grid-column\"><\/div><\/div><div  class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-33 lgc-tablet-grid-33 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights \"><div  class=\"inside-grid-column\">\n<p><span>Veja acima:<\/span><br \/>\n<span>Combust\u00edvel nuclear<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-fuel\/\" class=\"su-button su-button-style-flat\" style=\"color:#606060;background-color:#ffffff;border-color:#cccccc;border-radius:10px;-moz-border-radius:10px;-webkit-border-radius:10px\" target=\"_self\"><span style=\"color:#606060;padding:7px 20px;font-size:16px;line-height:24px;border-color:#ffffff;border-radius:10px;-moz-border-radius:10px;-webkit-border-radius:10px;text-shadow:0px 0px 0px #000000;-moz-text-shadow:0px 0px 0px #000000;-webkit-text-shadow:0px 0px 0px #000000\"><i class=\"sui sui-link\" style=\"font-size:16px;color:#5d5d5d\"><\/i> <\/span><\/a><\/span><\/p><\/div><\/div><div  class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-33 lgc-tablet-grid-33 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights \"><div  class=\"inside-grid-column\"><\/div><\/div><\/span><\/p>\n<p><span><div class=\"su-divider su-divider-style-dotted\" style=\"margin:15px 0;border-width:2px;border-color:#999999\"><\/div><\/span><\/p>\n<p><span>Esperamos que este artigo,\u00a0<\/span><strong><span>Combust\u00edvel tolerante a acidentes \u2013 ATF<\/span><\/strong><span>, o ajude.\u00a0Se sim,\u00a0<\/span><strong><span>d\u00ea um like<\/span><\/strong><span>\u00a0na barra lateral.\u00a0O objetivo principal deste site \u00e9 ajudar o p\u00fablico a aprender algumas informa\u00e7\u00f5es interessantes e importantes sobre materiais e suas propriedades.<\/span><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Esperamos que este artigo,\u00a0Combust\u00edvel tolerante a acidentes \u2013 ATF, o ajude.\u00a0Se sim,\u00a0d\u00ea um like\u00a0na barra lateral.\u00a0O objetivo principal deste site \u00e9 ajudar o p\u00fablico a aprender algumas informa\u00e7\u00f5es interessantes e importantes sobre materiais e suas propriedades. &nbsp;<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[53],"tags":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v21.2 - 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