Effectiveness of Ni-based and Fe-based cladding alloys in delaying hydrogen generation for small modular reactors with increased accident tolerance

Estudo da cinética de geração de hidrogênio por reação metal-água em ligas de revestimento de combustível aplicadas em reatores nucleares.

“…As ligas à base de níquel possuem alguns fatores contrários à sua aplicação em LWR, por exemplo, a formação de Co radioativo (AVELAR et al, 2023). Todavia, tanto a pesquisa com foco em revestimentos tolerantes a acidentes, como em reatores de altas temperaturas trazem interesse nessa categoria de liga (KARPYUK et al, 2020;KULAKOV et al, 2021a;KULAKOV et al, 2021b;AVELAR et al, 2023).…”

“…A oxidação da liga Ni-20Cr-1,2Si foi caracterizada pela formação de óxido de silício (II) na camada interna, situada entre a liga e a camada de óxido de cromo (III), conforme mostrado na Figura 53. Tal resultado observado nos mapas de EDS foi verificado por investigações em linha e em pontos por MEV/EDS (AVELAR et al, 2023).…”

“…A faixa de temperatura em que as ligas tolerantes a acidente enfrentam oxidação significativa é próxima à sua fusão (AVELAR et al, 2023). Assim, elas tendem a se realocarem no núcleo ao fundirem, em vez de sofrerem um processo excessivo de oxidação.…”

“…Essa vantagem fica mais evidente com a comparação entre os resultados da liga de FeCrAl com o Zircaloy-4. Em virtude de sua alta resistência à oxidação, a liga de FeCrAl somente inicia a geração significativa de hidrogênio em temperaturas próximas ou superiores à sua fusão (AVELAR et al, 2023). No instante de tempo quando se inicia sua geração significativa de hidrogênio, o revestimento à base de zircônio já fora quase totalmente oxidado.…”

“…Os aços inoxidáveis austeníticos, como o AISI 304, não possuem concentração de cromo e níquel suficientes para serem resistentes à oxidação em temperaturas superiores a 1200 °C (PINT et al, 2013). Entretanto, apresentam uma margem de segurança em relação aos revestimentos à base de zircônio, principalmente, em virtude da menor entalpia de reação metal-água (STRASSER et al, 1982;AVELAR et al, 2020a;AVELAR et al, 2023).…”