Avances Alcanzados en el Modelo de Liberación de Gases de Fisión en el Código DIONISIO: Comportamiento en Rampas de Potencia

Abstract

Como consecuencia de la operación de un reactor nuclear se generan diversos productos de fisión, entre los cuales se cuentan los elementos gaseosos Xe y Kr que, por ser prácticamente insolubles en el material combustible, precipitan formando burbujas que se localizan tanto en el interior como en el borde de grano. Después de alcanzar la saturación, los gases de fisión son liberados, mediante coalescencia de burbujas intergranulares desde la pastilla de UO2 hacia el volumen libre de la barra combustible. Cuando la potencia del reactor presenta rampas, ya sea por razones de operación o a causa de algún desperfecto, el gas tiende a ser liberado abruptamente, alterando rápidamente el comportamiento termomecánico del combustible. Esto provoca cambios en la transferencia de calor desde el material hacia el refrigerante, incrementando por ende la temperatura y presión interna de la vaina, lo que puede resultar en una falla y liberación de productos de fisión hacia el refrigerante. Por esta razón, el estudio y modelado del comportamiento de los gases de fisión es clave para lograr predecir los límites dentro de los cuales un reactor puede operar de manera segura.
Para analizar la producción y distribución de gases, se resuelve la ecuación de difusión en un grano de UO2, suponiéndolo esférico. Se emplea el método de elementos finitos, realizando una discretización unidimensional en la dirección radial. Cada pastilla y su segmento correspondiente de vaina se analiza mediante elementos finitos con simetría cilíndrica. La barra combustible se divide en sectores axiales, de manera que cada pastilla analizada es representativa de un determinado sector de la misma, con sus condiciones locales de potencia lineal y temperatura de refrigeración. La respuesta del modelo depende de parámetros de entrada como la potencia linear de operación y las características geométricas y de composición del combustible. Se muestran resultados obtenidos a partir de historias de potencia reales, en base a los experimentos internacionales FUMEX-II y III.