Američtí vědci odhalili, jak ozáření mění klíčové vrstvy jaderného paliva TRISO pro bezpečnější reaktory

Vědci z americké Národní laboratoře Oak Ridge (ORNL) provedli měření mechanických vlastností ozářených palivových částic HALEU-TRISO. Získaná data poskytují inženýrům nové informace o tom, jak se drobné ochranné vrstvy pokročilého jaderného paliva mění po ozáření.

Vědci z americké Národní laboratoře Oak Ridge (ORNL) provedli měření mechanických vlastností ozářených palivových částic HALEU-TRISO. Získaná data poskytují inženýrům nové informace o tom, jak se drobné ochranné vrstvy pokročilého jaderného paliva mění po ozáření. Testy se zaměřily na jednotlivé vrstvy uvnitř částic TRISO, včetně karbidu křemíku a vnitřního a vnějšího pyrolytického uhlíku. Výsledky ukázaly změny v tvrdosti a tuhosti po ozáření; vrstva karbidu křemíku zaznamenala snížení modulu pružnosti a tvrdosti, zatímco vrstvy pyrolytického uhlíku také vykázaly změny ve svých mechanických vlastnostech.

Tyto výsledky jsou zásadní, protože povlaky jsou klíčové pro schopnost paliva TRISO zadržovat radioaktivní materiál během provozu reaktoru. Pochopení toho, jak se jejich mechanické chování mění s ozářením, může pomoci inženýrům zlepšit modely používané k předpovědi výkonu paliva. Palivo TRISO, neboli tristrukturní izotropní palivo, využívá palivové jádro obklopené několika povlakovými vrstvami. Tato vrstvená struktura je navržena tak, aby zadržovala štěpné produkty a odolávala vysokým teplotám spojeným s pokročilými plynovými reaktory. Vrstva karbidu křemíku je obzvláště důležitá, protože představuje hlavní bariéru proti úniku kovových a plynných štěpných produktů.

Nová práce doplňuje dosavadní poznatky o mechanická měření. Namísto hodnocení částice jako celku vědci použili instrumentovanou indentaci k prozkoumání reakce jejích jednotlivých povlakových vrstev. Tato měření pomáhají porovnat původní stav částice s jejím chováním po ozáření při různých teplotách a stupních vyhoření. Získaná data zlepšují modely výkonu jaderného paliva a podporují širší přijetí plynových reaktorů.

Tyto poznatky navazují na dřívější práci ORNL s neutronovým rozptylem na částicích TRISO obsahujících HALEU, která zkoumala chemii uvnitř paliva. Nejnovější testy se zaměřily na mechanické vlastnosti, jako je tvrdost a tuhost, které pomáhají pochopit, jak ochranné vrstvy reagují na namáhání a zda by změny mohly ovlivnit výkon paliva. Data jsou obzvláště relevantní, protože vývojáři pokročilých reaktorů pracují s HALEU (vysoce obohaceným nízkoobohaceným uranem), které obsahuje více uranu-235 než palivo používané ve většině stávajících komerčních reaktorů a je vyvíjeno pro několik pokročilých konstrukcí reaktorů. Měřením ozářených povlaků přímo mohou vědci porovnat jejich vlastnosti s vlastnostmi nově vyrobených částic a výsledky zapracovat do modelů výkonu paliva, čímž se uzavře klíčová datová mezera mezi výrobou paliva TRISO a jeho chováním v reaktoru.