Jornal de Ciência de Energia Nuclear e Tecnologia de Geração de Energia

Efeitos da estrutura do aro no desempenho da barra de combustível com extensão de queima utilizando o FRAPCON

Jianguo Yu e Hongbin Zhang

O alargamento do limite autorizado de consumo de combustível do Reactor de Água Leve (LWR) é um dos métodos mais promissores para aumentar a competitividade comercial das centrais nucleares. Os benefícios da elevada queima incluem redução dos custos de manutenção e do ciclo de combustível, menos operações de reabastecimento, conduzindo assim a factores de capacidade mais elevados, e redução do volume de combustível irradiado descarregado normalizado para a energia produzida. No entanto, para garantir a integridade das barras de combustível com combustível de alto consumo, há ainda uma série de problemas que precisam de ser resolvidos. Por exemplo, a formação de High Burn up Structure (HBS) ou estrutura de borda é possivelmente o processo de reestruturação mais significativo na borda de pellets na pilha com extensão de queima em LWR e o efeito da HBS nas propriedades termofísicas ou mecânicas do combustível é um requisito fundamental para garantir a implementação bem-sucedida da queima prolongada. Existem evidências experimentais independentes que sustentam que o HBS afeta concomitantemente as propriedades térmicas e mecânicas do combustível. Mas ainda não está bem compreendido como é que tal HBS afeta as propriedades termofísicas ou mecânicas do combustível. Neste trabalho, foi avaliado o impacto da formação de HBS no comportamento do gás de fissão de varetas combustíveis em condições normais de operação. O código de desempenho do combustível FRAPCON-4.0 foi utilizado para simular as propriedades relacionadas com o gás de fissão de barras de combustível de comprimento total com a formação HBS através do modelo FRAPFGR e sem estrutura de aro através do modelo Massih em condições normais de operação. Verifica-se que, à medida que a queima se estende desde o limite atual de 62 até ao novo limite proposto de 75 GWd/MTU, a pressão do plenum e a libertação de gás de fissão apresentam apenas um aumento modesto com perfis históricos de potência planos e sem os efeitos HBS considerados. No entanto, o aumento é mais pronunciado quando os perfis históricos de potência têm factores de pico mais elevados e quando a contribuição da formação de HBS é tida em conta. Recomenda-se manter os perfis históricos de potência o mais planos possível, tanto radial como axialmente, nas operações das centrais nucleares para garantir a integridade das barras de combustível, de modo a que os benefícios da extensão da queima possam ser realizados.