Credito:CC0 Dominio Pubblico
La ricerca presso l'Università di Manchester suggerisce che il combustibile candidato preferito per sostituire l'ossido di uranio nei reattori nucleari potrebbe richiedere un ulteriore sviluppo prima dell'uso.
Il dottor Robert Harrison ha guidato la ricerca, pubblicato sulla rivista Scienza della corrosione , con i colleghi dell'Università e del Dalton Nuclear Institute.
"Dall'incidente di Fukushima del 2011, " spiega il dottor Harrison, "c'è stato uno sforzo internazionale per sviluppare combustibili tolleranti agli incidenti (ATF), che sono materiali combustibili a base di uranio che potrebbero resistere meglio allo scenario dell'incidente rispetto agli attuali gruppi di combustibili."
Uno di questi ATF è un composto di uranio silicio, tu 3 si 2 . Questo materiale conduce il calore molto meglio dei tradizionali combustibili a ossido di uranio, permettendo al nocciolo del reattore di funzionare a temperature più basse. In una situazione di emergenza, questo fa guadagnare più tempo agli ingegneri per tenere sotto controllo il reattore.
Però, ci sono molte incognite su come U 3 si 2 si comporterà nel nocciolo del reattore. "Uno di questi sconosciuti, "dice il dottor Harrison, "è come si comporterà quando esposto a vapore o aria ad alta temperatura, come può accadere durante la produzione o un grave incidente durante il funzionamento del reattore."
Per indagare sulla tolleranza degli ATF agli incidenti, Il dottor Harrison e i suoi colleghi hanno studiato come Ce 3 si 2 —un materiale non radioattivo analogo a U 3 si 2 —si è comportato in caso di esposizione ad aria ad alta temperatura.
Utilizzando tecniche avanzate di microscopia elettronica, disponibile presso il Centro di microscopia elettronica dell'Università di Manchester (EMC), i ricercatori sono stati in grado di studiare i prodotti di reazione dopo Ce 3 si 2 è stato esposto all'aria a temperature fino a 750°C.
Hanno scoperto che il materiale era incline a formare grani di dimensioni nanometriche di silicio e ossido di silicio, così come l'ossido di cerio. Questi nanograni possono consentire una maggiore corrosione del materiale combustibile o la fuoriuscita di gas radioattivi formati durante l'attività del reattore.
Questo perché la formazione di nanograni crea più aree di confine tra i grani:interfacce tra grani, che forniscono percorsi per la migrazione di sostanze corrosive o gas di fissione.
"Allo stesso modo, " aggiunge il dottor Harrison, "consentirebbe anche ai prodotti di fissione gassosi pericolosi prodotti durante la scissione dell'uranio (come il gas xeno che normalmente sarebbe intrappolato all'interno del materiale) di diffondersi lungo questi bordi dei grani ed essere rilasciati, potenzialmente dannoso per l'ambiente”.
Mentre il Dr. Harrison si ferma prima di dire che questi ATF sono più pericolosi in condizioni di incidente rispetto agli attuali carburanti che stanno cercando di sostituire, direbbe che al momento non stanno meglio, e "non sono così tolleranti alle condizioni di incidente come una volta sperato".
Il dottor Harrison conclude "Tuttavia, con la nuova intuizione sviluppata in questo lavoro sarà possibile sviluppare e ingegnerizzare candidati ATF per resistere meglio a queste condizioni di incidente, magari aggiungendo altri elementi, come l'alluminio, o la fabbricazione di materiali compositi per fornire una maggiore protezione del materiale combustibile".
Il documento è stato pubblicato online il 9 novembre sulla rivista Scienza della corrosione . Il titolo dell'articolo è "Atomistic Level Study of Ce 3 si 2 L'ossidazione come surrogato del combustibile nucleare resistente agli incidenti".
