Nukleare brændstofalternativer efter Fukushima har udfordringer forude

Forskning ved University of Manchester tyder på, at det foretrukne kandidatbrændstof til erstatning af uranoxid i atomreaktorer kan have brug for yderligere udvikling før brug.

Dr. Robert Harrison ledede forskningen, offentliggjort i tidsskriftet Korrosionsvidenskab , med kolleger fra universitetet og Dalton Nuclear Institute.

"Siden ulykken i Fukushima i 2011 "forklarer Dr. Harrison, "der har været en international indsats for at udvikle uheldstolerante brændstoffer (ATF'er), som er uranbaserede brændstofmaterialer, der bedre kunne modstå uheldsscenariet end de nuværende brændstofsamlinger. "

En af disse ATF'er er en uransiliciumforbindelse, U ₃ Si ₂ . Dette materiale leder varme meget bedre end de traditionelle uranoxidbrændstoffer, tillader, at reaktorkernen drives ved lavere temperaturer. I en nødsituation, dette køber mere tid for ingeniører til at bringe reaktoren under kontrol.

Imidlertid, der er mange ubekendte om, hvordan U ₃ Si ₂ vil opføre sig i reaktorkernen. "En af disse ukendte, "siger Dr. Harrison, "er, hvordan den vil opføre sig, når den udsættes for damp eller luft ved høj temperatur, som kan ske under fremstilling eller en alvorlig ulykke under reaktordrift. "

For at undersøge, hvor uheldstolerante ATF'er er, Dr. Harrison og hans kolleger undersøgte, hvordan Ce ₃ Si ₂ -et ikke-radioaktivt materiale analogt med U ₃ Si ₂ -opførte sig under udsættelse for høj temperatur luft.

Ved hjælp af avancerede elektronmikroskopiteknikker, tilgængelig på University of Manchester Electron Microscopy Center (EMC), forskerne var i stand til at studere reaktionsprodukterne efter Ce ₃ Si ₂ blev udsat for luft ved temperaturer på op til 750 ° C.

De opdagede, at materialet var tilbøjeligt til at danne nanometerstore korn af silicium og siliciumoxid, samt ceriumoxid. Disse nanograiner kan muliggøre øget korrosion af brændstofmaterialet eller undslippe radioaktive gasser, der dannes under reaktoraktivitet.

Dette skyldes, at dannelsen af ​​nanograiner skaber flere korngrænsearealer - grænseflader mellem korn, som giver veje til ætsende stoffer eller fissionsgasser til at vandre ad.

"Tilsvarende "tilføjer Dr. Harrison, "det ville også give mulighed for, at farlige gasformige fissionsprodukter fremstillet under spaltning af uran (f.eks. xenongas, der normalt ville være fanget i materialet), kunne diffundere ud langs disse korngrænser og frigives, som potentielt ville være skadeligt for miljøet. "

Mens Dr. han vil hævde, at de i øjeblikket ikke er bedre, og "er ikke så tolerante over for uheldsforhold som en gang håbede".

Dr. Harrison konkluderer "Dog, med den nye indsigt, der er udviklet i dette arbejde, vil det være muligt at udvikle og konstruere ATF -kandidater til bedre at modstå disse ulykkesforhold, måske ved at tilføje andre elementer, såsom aluminium, eller fremstilling af kompositmaterialer for at give højere beskyttelse af brændstofmaterialet ".

Avisen blev offentliggjort online den 9. november i tidsskriftet Korrosionsvidenskab . Papirets titel er "Atomistic Level Study of Ce ₃ Si ₂ Oxidation som en ulykkestolerant atombrændstofsurrogat. "