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Pesquisa na Universidade de Manchester sugere que o combustível candidato preferido para substituir o óxido de urânio em reatores nucleares pode precisar de mais desenvolvimento antes do uso.
Dr. Robert Harrison liderou a pesquisa, publicado no jornal Ciência da Corrosão , com colegas da Universidade e do Instituto Nuclear Dalton.
"Desde o acidente de Fukushima em 2011, "explica o Dr. Harrison, "tem havido um esforço internacional para desenvolver combustíveis tolerantes a acidentes (ATFs), que são materiais combustíveis à base de urânio que poderiam suportar melhor o cenário de acidente do que os atuais conjuntos de combustível. "
Um desses ATFs é um composto de silício de urânio, você 3 Si 2 . Este material conduz o calor muito melhor do que os combustíveis tradicionais de óxido de urânio, permitindo que o núcleo do reator seja operado a temperaturas mais baixas. Em uma situação de emergência, isso dá mais tempo para os engenheiros controlarem o reator.
Contudo, há muitas incógnitas sobre como você 3 Si 2 vai se comportar no núcleo do reator. "Uma dessas incógnitas, "diz o Dr. Harrison, "é como ele se comportará quando exposto ao vapor ou ar de alta temperatura, como pode acontecer durante a fabricação ou um acidente grave durante a operação do reator. "
Para investigar o quão tolerantes a acidentes ATFs são, Dr. Harrison e seus colegas investigaram como Ce 3 Si 2 - um material não radioativo análogo a U 3 Si 2 —Comportou-se sob exposição ao ar de alta temperatura.
Usando técnicas avançadas de microscopia eletrônica, disponível no Centro de Microscopia Eletrônica da Universidade de Manchester (EMC), os pesquisadores foram capazes de estudar os produtos da reação após Ce 3 Si 2 foi exposto ao ar a temperaturas de até 750 ° C.
Eles descobriram que o material era propenso a formar grãos de silício e óxido de silício de tamanho nanométrico, bem como óxido de cério. Esses nanograins podem permitir a corrosão intensificada do material combustível ou o escape de gases radioativos formados durante a atividade do reator.
Isso ocorre porque a formação de nanograins cria mais áreas de limite de grãos - interfaces entre os grãos, que fornecem caminhos para que substâncias corrosivas ou gases de fissão migrem.
"De forma similar, "acrescenta o Dr. Harrison, "também permitiria que produtos de fissão gasosa perigosos produzidos durante a divisão do urânio (como o gás xenônio que normalmente ficaria preso dentro do material) se difundam ao longo desses limites de grão e sejam liberados, o que seria potencialmente prejudicial ao meio ambiente. "
Embora o Dr. Harrison pare de dizer que esses ATFs são mais inseguros em condições de acidente do que os combustíveis atuais que procuram substituir, ele argumentaria que atualmente não são melhores, e "não são tão tolerantes às condições de acidentes como antes se esperava".
Dr. Harrison conclui "No entanto, com o novo insight desenvolvido neste trabalho será possível desenvolver e projetar candidatos ATF para melhor resistir a essas condições de acidentes, talvez adicionando outros elementos, como o alumínio, ou fabricação de materiais compostos para dar maior proteção ao material combustível ".
O artigo foi publicado online em 9 de novembro na revista. Ciência da Corrosão . O título do artigo é "Estudo do Nível Atomístico de Ce 3 Si 2 Oxidação como um substituto de combustível nuclear tolerante a acidentes. "
