Cálculo “Best-Estimate” de la Capa de Óxido en Combustibles Tipo MTR con el Código CITVAP

Abstract

La formación de una capa de óxido en los elementos combustibles tipo MTR es un problema operativo a tener en cuenta en el diseño de reactores de investigación de alta performance. Si bien esta capa de óxido no representa un problema de seguridad nuclear, debe tenerse en cuenta ya que alcanzado un cierto espesor, la misma comienza a desprenderse pudiendo dañar la integridad de la vaina. Esta capa de óxido se calcula con correlaciones que integran información de la neutrónica y termo-hidráulica del núcleo, además de las condiciones de la química del agua refrigerante y condiciones operativas del elemento combustible. Hasta el presente este cálculo se realiza de manera conservativa, pero el diseño cada vez más exigente de la performance de los reactores, lleva a la necesidad de contar con una herramienta que permita una predicción más realista (best-estimate) de la mencionada capa. El método de cálculo neutrónico de reactores utilizado por INVAP se encuentra en permanente desarrollo buscando mejorar las opciones de cálculo disponibles para el usuario. Como parte de dicho proceso, a partir de la versión de CITVAP v3.8 y su pos-procesador, FLUX v2.7, se ha implementado una opción que permite al usuario estimar, de manera más realista el espesor de la capa de óxido formada sobre las placas con vaina de aluminio para elementos combustibles tipo MTR. La correlación utilizada para calcular el espesor de la capa de óxido tiene en cuenta parámetros diversos durante la operación del reactor como ser: la potencia generada en la placa combustible, las condiciones termo-hidráulicas de la vaina combustible, así como las condiciones de la química del agua. El código CITVAP calcula la generación de potencia en todo el núcleo y la temperatura del refrigerante, de la vaina y del combustible, (pudiéndose incluir o no la realimentación termo-hidráulica en el cálculo neutrónico por la variación de dichos parámetros). El código y la nueva opción implementada permiten realizar una evaluación de cada elemento combustible en la región más exigida térmicamente durante toda su estadía en el reactor, desde la inserción del elemento combustible fresco en el núcleo hasta su extracción. Con esta información y la correlación adecuada se puede estimar el crecimiento de la capa de óxido en cada combustible. Toda esta realimentación entre las distintas ingenierías involucradas, incluyendo la operación del reactor, permiten la automatización y simplificación del cálculo tomando en cuenta las condiciones locales del combustible a medida que el reactor opera en vez de una envolvente que si bien es conservativa resulta útil a los fines del diseño. El objeto de esta nueva opción de cálculo radica en la obtención de un valor más preciso para el espesor de la capa de óxido en función de los parámetros locales que gobiernan el fenómeno. Como parte de este trabajo se presenta un modelo de núcleo y elemento combustible genéricos y los resultados obtenidos para corroborar la correcta implementación de la nueva opción en el proceso de verificación. También se presentará un análisis práctico para el núcleo y elemento combustible del RA-10.