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La investigación de la Universidad de Manchester sugiere que el combustible candidato preferido para reemplazar el óxido de uranio en los reactores nucleares puede necesitar un mayor desarrollo antes de su uso.
El Dr. Robert Harrison dirigió la investigación, publicado en la revista Ciencia de la corrosión , con colegas de la Universidad y del Dalton Nuclear Institute.
"Desde el accidente de Fukushima de 2011, "explica el Dr. Harrison, "ha habido un esfuerzo internacional para desarrollar combustibles tolerantes a accidentes (ATF), que son materiales combustibles a base de uranio que podrían resistir mejor el escenario del accidente que los conjuntos combustibles actuales ".
Uno de estos ATF es un compuesto de silicio de uranio, U 3 Si 2 . Este material conduce el calor mucho mejor que los combustibles tradicionales de óxido de uranio, permitiendo que el núcleo del reactor funcione a temperaturas más bajas. En una situación de emergencia, esto les da más tiempo a los ingenieros para controlar el reactor.
Sin embargo, hay muchas incógnitas sobre cómo U 3 Si 2 se comportará en el núcleo del reactor. "Una de estas incógnitas, "dice el Dr. Harrison, "es cómo se comportará cuando se exponga a vapor o aire a alta temperatura, como puede suceder durante la fabricación o un accidente grave durante el funcionamiento del reactor ".
Para investigar cuán tolerantes a accidentes son los ATF, El Dr. Harrison y sus colegas investigaron cómo Ce 3 Si 2 —Un material no radiactivo análogo a U 3 Si 2 —Se comportó al estar expuesto al aire a alta temperatura.
Utilizando técnicas avanzadas de microscopía electrónica, disponible en el Centro de Microscopía Electrónica de la Universidad de Manchester (EMC), los investigadores pudieron estudiar los productos de reacción después de Ce 3 Si 2 estuvo expuesto al aire a temperaturas de hasta 750 ° C.
Descubrieron que el material era propenso a formar granos de silicio y óxido de silicio de tamaño nanométrico, así como óxido de cerio. Estos nanogranos pueden permitir una mayor corrosión del material combustible o el escape de gases radiactivos formados durante la actividad del reactor.
Esto se debe a que la formación de nanogranos crea más áreas de límites de granos:interfaces entre granos, que proporcionan vías para que las sustancias corrosivas o los gases de fisión migren.
"Similar, "agrega el Dr. Harrison, "también permitiría que los productos de fisión gaseosos peligrosos producidos durante la división del uranio (como el gas xenón que normalmente estaría atrapado dentro del material) se difundan a lo largo de estos límites de granos y se liberen, que sería potencialmente dañino para el medio ambiente ".
Si bien el Dr. Harrison no llega a decir que estos ATF son más inseguros en condiciones de accidente que los combustibles actuales que buscan reemplazar, él diría que actualmente no son mejores, y "no son tan tolerantes a las condiciones de accidente como se esperaba".
El Dr. Harrison concluye "Sin embargo, Con la nueva información desarrollada en este trabajo, será posible desarrollar y diseñar candidatos ATF para resistir mejor estas condiciones de accidente. quizás agregando otros elementos, como el aluminio, o fabricar materiales compuestos para dar una mayor protección al material combustible ".
El artículo fue publicado en línea el 9 de noviembre en la revista Ciencia de la corrosión . El título del artículo es "Estudio de nivel atomístico de Ce 3 Si 2 La oxidación como sustituto de combustible nuclear tolerante a accidentes ".
