Estudio térmico de una cápsula para ensayo de irradiación de barras de combustibles en reactores experimentales

Abstract

En este trabajo se presenta un estudio numérico del comportamiento térmico de una cápsula que tendrá como fin la emulación de las condiciones de operación de un elemento combustible de potencia dentro de un reactor de tipo experimental. Se propone crear alrededor de una barra combustible tipo PWR usual una barrera térmica para obtener una temperatura exterior de la vaina de dicha barra dentro del rango de operación de un reactor de potencia [200.0-300.0] °C. Con este fin se propuso como barrera una cubierta externa de Zircaloy con un gap de aproximadamente 800.0 micrones. Para graduar la temperatura sobre la vaina interna se analizan diversos materiales para rellenar ese gap con la premisa de no modificar la distancia predefinida. Los materiales estudiados fueron: Helio, Zircaloy-4, Dióxido de Titanio, Alúmina, Inconel X-750 y distintas mezclas de los mismos. El código utilizado para realizar este análisis es una modificación de DIONISIO v2.0. Se ha validado dicha aplicación con resultados analíticos obtenidos de soluciones bajo hipótesis de linealidad de las constantes involucradas y diferentes potencias internas y gaps entre vainas. De entre todos los materiales estudiados se concluyó que la opción de una mezcla de Al2O3 con 30% de TiO2 es la más adecuada para utilizar como aislante. Se espera poder testear esta predicción con experimentos en un futuro próximo.