Abstracto

Un nitruro de uranio dopado con cromo, níquel o aluminio como combustible resistente a los accidentes

Aneta Herman y Christian Ekberg

El nitruro de uranio (UN) es un posible candidato a combustible tolerante a accidentes para reactores de agua ligera. Aparte de las ventajas de la alta densidad del metal y la alta conductividad térmica, sufre de baja estabilidad en agua. Hemos sugerido explotar las inclusiones metálicas para mejorar su estabilidad en agua mediante la formación de una capa protectora. Se preparó un nitruro de uranio dopado con cromo (Cr 2,7 % en peso), níquel (Ni 2,8 % en peso) o aluminio (Al 1,5 % en peso) mediante reducción carbotérmica y sol-gel interna. Una espectroscopia de dispersión de electrones reveló una distribución homogénea de metales en todos los productos sol-gel. La reducción carbotérmica se realizó en la mezcla N2+5%H2 a 1500 °C durante 6 horas. La difracción de rayos X confirmó la formación de la fase UN en las muestras. Los pellets se fabricaron mediante sinterización en argón a 1800 °C durante 6 horas. Durante la sinterización, la mayor parte del cromo se evaporó de la superficie, el níquel se movió hacia los límites de grano y el aluminio formó un aglomerado en el borde de un pellet. Finalmente, los pellets se hirvieron en agua a presión normal. Un pellet de referencia de UN puro colapsó por completo después de 2 horas de ebullición. Tanto los pellets dopados con níquel como con aluminio se desintegraron en un par de minutos. El pellet dopado con cromo no colapsó durante 5 horas de ebullición. Esto indicó una clara mejora en la resistencia a la corrosión del material a base de nitruro de uranio.