Журнал науки о ядерной энергетике и технологиях производства электроэнергии

Efectos de la estructura del borde en el rendimiento de las barras de combustible con extensión de combustión utilizando FRAPCON

Jianguo Yu, Hongbin Zhang

La ampliación del límite de quemado de combustible autorizado de los reactores de agua ligera (LWR) es uno de los métodos más prometedores para mejorar la competitividad comercial de las centrales nucleares. Los beneficios de un alto nivel de quemado incluyen menores costos de mantenimiento y del ciclo del combustible, menos operaciones de recarga de combustible, lo que conduce a mayores factores de capacidad, y una reducción del volumen de combustible gastado descargado normalizado a la energía producida. Sin embargo, para garantizar la integridad de las barras de combustible con combustible de alto nivel de quemado, todavía hay una serie de problemas que deben solucionarse. Por ejemplo, la formación de la estructura de alto nivel de quemado (HBS) o estructura de borde es posiblemente el proceso de reestructuración más significativo en el borde de los pellets en la pila con extensión de quemado en LWR y el efecto de la HBS en las propiedades termofísicas o mecánicas del combustible es un requisito clave para garantizar la implementación exitosa de un quemado extendido. Existe evidencia experimental independiente que respalda que la HBS afecta concomitantemente las propiedades térmicas y mecánicas del combustible. Pero aún no se entiende bien cómo dicha HBS afecta las propiedades termofísicas o mecánicas del combustible. En este trabajo, se evaluó el impacto de la formación de HBS en el comportamiento del gas de fisión de las barras de combustible en condiciones normales de operación. Se utilizó el código de rendimiento del combustible FRAPCON-4.0 para simular las propiedades relacionadas con el gas de fisión de las barras de combustible de longitud completa con la formación de HBS a través del modelo FRAPFGR y sin estructura de borde a través del modelo Massih en condiciones normales de operación. Se encontró que a medida que el quemado se extiende desde el límite actual de 62 hasta el nuevo límite propuesto de 75 GWd/MTU, la presión del pleno y la liberación de gas de fisión solo tienen un aumento modesto con perfiles de historial de potencia planos y sin los efectos de HBS considerados. Sin embargo, el aumento es más pronunciado cuando los perfiles de historial de potencia tienen factores de pico más altos y cuando se tiene en cuenta la contribución de la formación de HBS. Se recomienda mantener los perfiles de historial de potencia lo más planos posible, tanto radial como axialmente, en las operaciones de las centrales nucleares para garantizar la integridad de las barras de combustible de modo que se puedan obtener los beneficios de la extensión del quemado.