Upphovsman:CC0 Public Domain
Forskning vid University of Manchester tyder på att det föredragna kandidatbränslet för att ersätta uranoxid i kärnreaktorer kan behöva vidareutvecklas före användning.
Dr Robert Harrison ledde forskningen, publicerad i tidningen Korrosionsvetenskap , med kollegor från universitetet och Dalton Nuclear Institute.
"Sedan Fukushima -olyckan 2011, "förklarar Dr. Harrison, "Det har gjorts en internationell satsning på att utveckla olyckshämmande bränslen (ATF), som är uranbaserade bränslematerial som bättre tål olycksscenariot än de nuvarande bränslepatronerna. "
En av dessa ATF är en uran -kiselförening, U 3 Si 2 . Detta material leder värme mycket bättre än de traditionella uranoxidbränslen, tillåter reaktorkärnan att drivas vid lägre temperaturer. I en nödsituation, detta köper mer tid för ingenjörer att få reaktorn under kontroll.
Dock, det finns många okända om hur U 3 Si 2 kommer att bete sig i reaktorkärnan. "En av dessa okända, säger doktor Harrison, "är hur det kommer att bete sig när det utsätts för hög temperatur ånga eller luft, som kan hända under tillverkningen eller en allvarlig olycka under reaktordriften. "
För att undersöka hur olyckstoleranta ATF:er är, Dr Harrison och hans kollegor undersökte hur Ce 3 Si 2 -ett icke-radioaktivt material analogt med U 3 Si 2 -uppförde sig under exponering för högtemperaturluft.
Med hjälp av avancerade elektronmikroskopitekniker, tillgänglig på University of Manchester Electron Microscopy Center (EMC), forskarna kunde studera reaktionsprodukterna efter Ce 3 Si 2 utsattes för luft vid temperaturer upp till 750 ° C.
De upptäckte att materialet var benäget att bilda nanometerstora korn av kisel och kiseloxid, liksom ceriumoxid. Dessa nanograiner kan möjliggöra ökad korrosion av bränslematerialet eller flykt av radioaktiva gaser som bildas under reaktoraktivitet.
Detta beror på att bildandet av nanograiner skapar fler spannmålsgränsområden - gränssnitt mellan korn, som ger vägar för frätande ämnen eller klyvgaser att vandra längs.
"Liknande, "tillägger Dr. Harrison, "det skulle också möjliggöra för farliga gasformiga klyvningsprodukter som produceras vid klyvning av uran (t.ex. xenongas som normalt skulle vara instängd i materialet) att spridas ut längs dessa korngränser och släppas ut, som kan vara skadligt för miljön. "
Medan Dr Harrison slutar säga att dessa ATF är mer osäkra under olycksförhållanden än de nuvarande bränslen de vill ersätta, han skulle hävda att de för närvarande inte är bättre, och "är inte lika toleranta mot olycksförhållanden som en gång hoppades".
Dr. Harrison avslutar "Men med den nya insikt som utvecklats i detta arbete kommer det att vara möjligt att utveckla och konstruera ATF -kandidater för att bättre motstå dessa olycksförhållanden, kanske genom att lägga till andra element, som aluminium, eller tillverkning av kompositmaterial för att ge ett högre skydd av bränslematerialet ".
Tidningen publicerades online den 9 november i tidningen Korrosionsvetenskap . Titeln på uppsatsen är "Atomistic Level Study of Ce 3 Si 2 Oxidation som olyckshändelse Kärnbränsle Surrogat. "
