Konstantina Lambrinou de la Universidad de Huddersfield explica por qué el desarrollo acelerado de materiales nucleares avanzados es el camino más corto para la energía nuclear más segura
El evento Fukushima Daiichi en marzo de 2011 demostró la necesidad de una energía nuclear más segura, convirtiéndose en una gran fuerza impulsora para las inversiones globales en combustibles tolerantes a accidentes (ATF). El evento de Fukushima fue causado por una falla material, es decir, la fusión de las revestimientos de combustible de aleación a base de circonio (Zircaloy) durante el accidente de pérdida de riñamiento después del gran terremoto y tsunami de 2011 en el este de Japón. La causa raíz de esta falla se encuentra en las reacciones de oxidación fugitiva de los Zircaloys en el vapor, que es el estado del refrigerante primario (agua) de los reactores de agua ligera durante los accidentes. Estas reacciones son fuertemente exotérmicas, produciendo grandes cantidades de calor que pueden aumentar rápidamente la temperatura, lo que resulta en una crisis central, la explosión de hidrógeno y la liberación de productos de fisión radiactiva más allá del límite del sitio, como se observa durante el evento Fukushima 2011.
Tales eventos son indeseables debido a sus efectos perjudiciales en la sociedad y el medio ambiente en la vecindad de la planta de energía nuclear (NPP); Además, la gravedad potencial de los accidentes nucleares, aunque raros, desalienta el uso generalizado de la energía nuclear, una energía libre de carbono que puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de otras fuentes de energía y ayudar a la humanidad a combatir el cambio climático. Como la causa de los eventos similares a Fukushima radica en las debilidades inherentes de los Zircaloys estándar, el desarrollo de materiales de revestimiento ATF que pueden superar a los Zircaloys es de suma importancia. El despliegue acelerado de revestimientos ATF no solo hará que la energía nuclear sea más segura comprando un tiempo valioso necesario para reanudar el control de las NPP durante los escenarios de accidentes, sino que también asegurará beneficios económicos adicionales derivados de los niveles más altos de combustible y enriquecimiento de combustible debido a los más lentos en reactores. La corrosión de las revestimientos de ATF, lo que resulta en ciclos de combustible más largos, menores costos de combustible y un mejor uso de combustible nuclear antes de descartarlo en desechos.
El proyecto Horizon Scorpion
El Proyecto Horizon Scorpion es una colaboración de dieciséis socios de la UE, el Reino Unido, los Estados Unidos, Japón y Suiza que se centra en el concepto de material de revestimiento ATF compuesto “revolucionario” ATF. Los compuestos SIC/SIC (es decir, SIC reforzados con fibra) exhiben refractariedad (estabilidad de alta temperatura), pseudo-ductilidad (tolerancia al daño; Fig. 1) y una falta de oxidación acelerada durante un accidente de pérdida de pérdida.
A pesar de estas ventajas, todas las variantes de compuesto SIC/SIC de última generación aún deben superar deficiencias, como la inadecuada compatibilidad de SIC con agua y vapor (Figs. 2-3). Scorpion se esfuerza por una mejora radical en el rendimiento de los compuestos SIC/SIC a través de la adaptación de material multiescala, que implica el rediseño de materiales en la nanoescala (por ejemplo, ingeniería de límites de grano; Fig. 3), mesoescala (por ejemplo, modificación de la interfaz de fibra/matriz) y macroscala (por ejemplo, desarrollo de recubrimiento) frente a la aplicación ATF. Tal adaptación de materiales extremos es extraña para el sector nuclear conservador; Sin embargo, las necesidades de montaje lo solicitan en materiales nucleares confiables. El desarrollo acelerado de materiales (AMD) requiere la comunicación incesante del diseño, la producción y la evaluación del rendimiento, pero es posiblemente un camino corto y rentable hacia la energía nuclear más segura. AMD se inspira en diferentes disciplinas científicas y utiliza herramientas/enfoques de prueba sofisticados que pueden recrear las condiciones de la aplicación específica (Fig. 3).
El profesor Dr. Konstantina Lambrinou es profesora de materiales avanzados en la Escuela de Computación e Ingeniería de la Universidad de Huddersfield, Reino Unido. Sus principales intereses de investigación giran en torno al desarrollo acelerado de materiales nucleares avanzados, incluido ATFS. El profesor Lambrinou es el coordinador de Horizon Scorpion (Acuerdo de subvención no 101059511) y H2020 IL Trovatore (Acuerdo de subvención no 740415), el líder europeo de I-Geri Perseus y el líder técnico de un programa de ganancia de Westinghouse en el revestimiento ATF recubierto de CR .
Más información
https://projectscorpion.eu
[email protected]
Expresiones de gratitud: Horizon Scorpion ha recibido fondos del Programa de Investigación y Capacitación de Euratom 2021-2025 bajo el Acuerdo de subvención no 101059511.