Un team guidato da ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia ha sviluppato un rivestimento più sicuro per le barre di combustibile nucleare.

Il nuovo materiale, una lega di ferro, cromo e alluminio, evita lo zirconio. Di conseguenza, dovrebbe dare agli operatori degli impianti sostanzialmente più tempo per reagire a incidenti come un blackout della stazione.

Le barre di combustibile nelle centrali nucleari civili sono state rivestite con una lega di zirconio in evoluzione negli ultimi sei decenni. Lo zirconio come metallo base preferito fu scelto negli anni '50 da Hyman Rickover, poi capitano e poi ammiraglio, mentre lavorava per prendere la tecnologia nucleare e usarla per alimentare navi e sottomarini.

La sua scelta del rivestimento, così come i reattori ad acqua leggera che alimentavano queste navi, è stato adattato dall'industria dell'energia nucleare e domina gli impianti di tutto il mondo.

Lo zirconio assorbe pochissimi dei neutroni che guidano un reattore nucleare, quindi le leghe di zirconio avevano senso come rivestimento del combustibile, purché il reattore funzionasse come previsto. Se un reattore perde la sua acqua di raffreddamento, però, lo zirconio può peggiorare un brutto problema.

"Il problema è che ci sono tra le 20 e le 40 tonnellate di zirconio metallico in questi nuclei di reattori, " ha spiegato l'ingegnere nucleare ORNL Kurt Terrani, chi guida il progetto. "Lo zirconio reagisce con il vapore ad alta temperatura, e quando reagisce produce molto calore e molto idrogeno."

Il lavoro per la squadra di Terrani, come motore di innovazione del consorzio guidato da General Electric, era quello di creare una lega priva di zirconio che generasse meno idrogeno possibile durante gli incidenti e allo stesso tempo uguagliava le prestazioni del rivestimento delle barre di combustibile nucleare attualmente in uso.

Il progetto era fuori dal comune per almeno tre motivi, ha spiegato Terrani. Innanzitutto, il team non era interessato a testare le leghe esistenti per vedere se una potesse essere appropriata. Anziché, ha progettato la nuova lega da zero con un team diversificato che includeva esperti di ingegneria nucleare, scienza dei materiali, effetti delle radiazioni, corrosione, termomeccanica e fabbricazione di leghe.

L'approccio ha utilizzato l'ampia gamma di strumenti e competenze disponibili presso ORNL, Il più grande laboratorio di scienza ed energia del DOE. Il nuovo rivestimento è stato anche sottoposto a test presso il reattore ad isotopi ad alto flusso di ORNL e il reattore di prova avanzato dell'Idaho National Laboratory, così come il reattore di ricerca di Halden in Norvegia.

"Questo non era affatto un approccio edisoniano, "Terrani ha detto alludendo all'approccio per tentativi ed errori reso famoso da Thomas Edison. "Abbiamo lavorato con conoscenze e strumenti che non erano disponibili ai tempi di Rickover. Abbiamo progettato una lega che sapevamo avrebbe funzionato. Non sono sorpreso che questa lega si comporti così bene in condizioni diverse; l'abbiamo progettata per farlo."

In secondo luogo, il team è stato in grado di identificare e produrre la lega in sei anni, che è fulmineo nell'industria nucleare. La saggezza popolare dice che il progetto avrebbe dovuto richiedere il doppio del tempo, disse Terrani.

In terzo luogo, Ha aggiunto, il progetto è insolito perché la ricerca e lo sviluppo sono completi.

"L'altra cosa di cui sono molto orgoglioso è che siamo pronti a smettere di lavorare su questo, " ha detto. "Ci sentiamo come se l'avessimo consegnato, l'industria sta correndo con esso. Vogliamo mettere un grosso fiocco rosso su di esso."

Ora è stato consegnato all'industria per il test e la valutazione. Il nuovo rivestimento è stato posizionato in un reattore presso la centrale nucleare di Southern Nuclear Hatch in Georgia per essere testato a febbraio, Terrani ha detto, e successive installazioni sono previste.