Estudio analítico y numérico de los efectos de la irradiación hasta alto quemado en combustibles de reactores de potencia. - Lemes Lapasta, Martín Rodolfo (2013)
En este trabajo se analiza el comportamiento de las pastillas de combustible para reactores de potencia en el rango de alto quemado (quemado medio en la pastilla superior a 50 MWd/kgHM). Para irradiaciones prolongadas, en la periferia de la pastilla (zona rim) se alcanza una concentración considerable de Pu, que contribuye localmente al quemado, a la vez que se desarrolla una microestructura caracterizada por granos muy pequeños y poros muy grandes comparados con los tamaños típicos del material original. Asimismo, se comprueba la ausencia en esta zona de xenón disuelto en la matriz sólida (aunque continúa estando presente en el resto de la pastilla). La existencia de una microestructura porosa en el borde de la pastilla modifica localmente las propiedades mecánicas y térmicas y afecta el comportamiento del combustible en su conjunto. La evolución de la porosidad en la estructura de alto quemado (HBS) es considerada un punto importante en la capacidad de retención de los gases de fisión liberados por la matriz. Por esto, en los últimos años se ha dedicado un gran esfuerzo a caracterizar los parámetros que influyen en el fenómeno de porosidad. A partir de diferentes trabajos publicados en la literatura, se desarrolló un modelo que permite describir el comportamiento y desarrollo de la porosidad en el rango de quemado local que abarca desde 60 hasta 300 MWd/KgHM. El modelo se expresa por medio de un sistema de ecuaciones diferenciales no lineales acopladas que tienen en cuenta los poros cerrados y abiertos, las interacciones entre los poros y la superficie libre, y fenómenos como los de coalescencia, migración de poros y venteo de gas. Se analizan interacciones de diversos órdenes entre poros abiertos y cerrados, el crecimiento del radio de los poros por captura de vacancias, la evolución de las densidades de los mismos, la presión y sobre presión en el interior de los poros cerrados, la cantidad de gas de fisión retenido en la matriz del combustible y la de gas liberado al volumen libre. Los resultados de las simulaciones realizadas en este trabajo están en muy buen acuerdo con datos experimentales disponibles en la literatura y con resultados calculados por otros autores.