Un equipo dirigido por investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía ha desarrollado un revestimiento más seguro para las barras de combustible nuclear.

El nuevo material, una aleación de hierro, cromo y aluminio, evita el circonio. Como resultado, debería dar a los operadores de la planta sustancialmente más tiempo para reaccionar ante incidentes como el apagón de una estación.

Las barras de combustible de las centrales nucleares civiles se han revestido con una aleación de circonio en evolución durante las últimas seis décadas. El circonio como el metal base preferido fue elegido en la década de 1950 por Hyman Rickover, luego un capitán y luego un almirante, mientras trabajaba para tomar tecnología nuclear y usarla para propulsar barcos y submarinos.

Su elección de revestimiento, así como los reactores de agua ligera que impulsaron estos buques, fue adaptado por la industria de la energía nuclear y domina las plantas en todo el mundo.

El circonio absorbe muy pocos de los neutrones que impulsan un reactor nuclear, de modo que las aleaciones de circonio tenían sentido como revestimiento de combustible, siempre que el reactor funcionara según lo planeado. Si un reactor pierde su agua de enfriamiento, sin embargo, el circonio puede empeorar un problema grave.

"El problema es que hay entre 20 y 40 toneladas de circonio metálico en estos núcleos de reactores, "explicó el ingeniero nuclear de ORNL, Kurt Terrani, quien dirige el proyecto. "El circonio reacciona con el vapor a alta temperatura, y cuando reacciona produce mucho calor y mucho hidrógeno ".

El trabajo para el equipo de Terrani, como motor de innovación del consorcio liderado por General Electric, era crear una aleación libre de circonio que generaría la menor cantidad de hidrógeno posible durante los incidentes y, al mismo tiempo, igualaría el rendimiento del revestimiento de barras de combustible nuclear que se utiliza hoy en día.

El proyecto estaba fuera de lo común por al menos tres razones, Terrani explicó. En primer lugar, el equipo no estaba interesado en probar las aleaciones existentes para ver si alguna podría ser apropiada. En lugar de, diseñó la nueva aleación desde cero con un equipo diverso que incluía expertos en ingeniería nuclear, ciencia de los Materiales, efectos de la radiación, corrosión, termomecánica y fabricación de aleaciones.

El enfoque hizo uso de la amplia gama de herramientas y experiencia disponibles en ORNL, El laboratorio de ciencia y energía más grande del DOE. El nuevo revestimiento también se sometió a pruebas en el reactor de isótopos de alto flujo de ORNL y en el reactor de prueba avanzado del Laboratorio Nacional de Idaho. así como el reactor de investigación Halden en Noruega.

"Este no fue de ninguna manera un enfoque edisoniano, "Terrani dijo, en alusión al enfoque de prueba y error que hizo famoso Thomas Edison. "Trabajamos con conocimientos y herramientas que no estaban disponibles en la época de Rickover. Diseñamos una aleación que sabíamos que iba a funcionar. No me sorprende que esta aleación se comporte tan bien en diferentes condiciones; la diseñamos para hacerlo".

En segundo lugar, el equipo pudo identificar y producir la aleación en seis años, que es increíblemente rápido en la industria nuclear. La sabiduría convencional dice que el proyecto debería haber tomado el doble de tiempo, Dijo Terrani.

En tercer lugar, él agregó, el proyecto es inusual porque la investigación y el desarrollo están completos.

"La otra cosa de la que estoy muy orgulloso es que estamos listos para dejar de trabajar en esto, ", dijo." Sentimos que lo entregamos, la industria está funcionando con él. Queremos ponerle un lazo rojo grande y gordo ".

Ahora se ha entregado a la industria para su prueba y evaluación. El nuevo revestimiento se colocó en un reactor en la planta de energía nuclear Hatch de Southern Nuclear en Georgia para realizar pruebas en febrero. Terrani dijo:y están previstas instalaciones posteriores.