Tesis

La Sección Códigos y Modelos de la Gerencia Ciclo del Combustible Nuclear de la Comisión Nacional de Energía Atómica ha desarrollado íntegramente el código DIONISIO que permite simular el comportamiento de los combustibles de reactores de potencia o de investigación en condiciones de operación normal y de accidentes. Los modelos que forman parte del código son susceptibles de revisiones y reformulaciones para poder abarcar diversas condiciones experimentales. El trabajo de tesis que se presenta nace de la necesidad de refinar la subrutina de DIONISIO dedicada a la simulación del fenómeno de densificación del combustible.

Cuando una pastilla de UO₂ es sometida a irradiación, se producen múltiples fenómenos físicos y químicos. Dos de ellos tienen consecuencias opuestas sobre la porosidad. Por un lado, los poros retenidos de la fabricación se contraen produciendo una densificación del material, cuyo efecto es notable al comienzo del proceso. Por otro lado, los gases de fisión, que precipitan formando nuevas burbujas y/o se acumulan en los poros preexistentes, contribuyen a expandir la pastilla. Estos cambios dimensionales eventualmente pueden dar lugar a contacto entre la pastilla y la vaina, creando zonas de alta solicitación mecánica, cuyos efectos podrían resultar severamente perjudiciales. Esto muestra la importancia de describir cuantitativamente la evolución de la porosidad.

En este trabajo se presenta un modelo para evaluar los cambios en la porosidad de las pastillas combustibles, debido a los efectos térmicos y de la irradiación, teniendo en cuenta el flujo de defectos puntuales desde y hacia los poros. Además, se ofrece un modelo simplificado de caracterización de combustibles, en el que solo se considera la migración de vacancias, para simular los ensayos de re-sinterizado. Se analizó el comportamiento de ambos modelos al variar sus parámetros más significativos y se compararon sus resultados con medidas experimentales disponibles en la literatura abierta, encontrando un acuerdo satisfactorio. Finalmente, se realizaron las simulaciones de recocidos térmicos y experimentos con irradiación, utilizando el código DIONISIO con las nuevas subrutinas de densificación sincronizadas con el resto de los modelos, alcanzando un buen acuerdo entre los resultados provistos por el cálculo numérico y las medidas experimentales.