Development of Encapsulated UN-UO₂ Accident Tolerant Fuel
Tid: Fr 2023-06-02 kl 14.00
Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fysik, Kärnenergiteknik
Respondent: Diogo Ribeiro Costa , Kärnenergiteknik, Westinghouse Electric Sweden AB
Opponent: Professor Ho Jin Ryu, KAIST, Dept. of Nuclear & Quantum Engineering, KAIST, 291 Daehak-ro, Yuseong-gu, Daejeon 34141, Republic of Korea
Handledare: Pär Olsson, Kärnenergiteknik; Janne Wallenius, Kärnenergiteknik; Simon Middleburgh, Bangor University; Magnus Limbäck, Westinghouse Electric Sweden AB; Denise Adorno Lopes, Kärnenergiteknik, Westinghouse Electric Sweden AB
QC 2023-05-17
Abstract
Olyckstoleranta bränslen (ATF) är utformade för att motstå en allvarlig olycka i reaktorhärden längre än de standard UO2-Zr system som används i lättvattenreaktorer (LWR) idag. Kompositbränslen som UN-UO2 anses vara ett ATF koncept som kan förbättra den lägre oxidationsbeständigheten hos UN bränslet ur ett säkerhetsperspektiv för användning i LWR, samtidigt som UO2-bränslets beteende och prestanda i reaktorn förbättras. Huvudsyftet med denna avhandling är att tillverka, karakterisera och utvärdera ett innovativt ATF-koncept för LWR: inkapslade UN-sfärer som tillsatser för standardbränslet UO2. Flera utvecklingssteg tillämpades för att förstå inverkan av sintringsparametrarna på mikrostrukturen för UN-UO2 bränslet, utvärdera potentiella beläggningskandidater för att kapsla in UN sfärerna med hjälp av olika beläggningsmetoder, bedöma kompositernas oxidationsbeständighet och uppskatta det termiska beteendet hos obelagda och inkapslade UN-UO2 bränslen. Alla kompositer sintrades med starkströmsassisterad varmpressning (SPS) och karakteriserades av flera komplementära tekniker. Molybden och volfram visar sig vara bra materialkandidater för den skyddande beläggningen med hjälp av en kombination av modellering och experiment. Det visas att pulverlackeringsmetoderna bildar ett tjockt, tätt men ojämnt skikt på sfärerna, medan kemiska- och fysikaliska- ångavsättningsmetoder ger tunnare och mer enhetliga skikt. Finita elementmodellering indikerar att bränslets centertemperatur kan minskas med mer än 400 K när 70 wt% av inkapslade UN-sfärer används jämfört med referensen UO2. Dessutom reduceras degraderingen av nitridfasen när den är inbäddad i en UO2-matris och den kan också reduceras ännu mer genom närvaron av ett beläggningsskikt. Dessa resultat bidrar till ytterligare utveckling av metoder för att tillverka, karakterisera, och utvärdera olyckstoleranta bränslen för LWR.