Científicos del Cinvestav experimentan combustibles nucleares seguros

Por Felipe Sánchez Banda

Saltillo, Coahuila. 10 de febrero de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Científicos del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Cinvestav), unidad Saltillo, participan en el desarrollo de un combustible nuclear más seguro que podría ser utilizado en reactores nucleares como el de Laguna Verde. 

Este proyecto es dirigido por el doctor Eddie López Honorato, profesor investigador del Cinvestav del Instituto Politécnico Nacional, Unidad Saltillo.

“El proyecto busca incrementar aún más la seguridad de los reactores nucleares, a través del uso de combustibles nucleares microencapsulados, llamados partículas TRISO (Tristructural Isotropic)”, comentó el maestro en ciencias Félix Cancino Trejo, colaborador del proyecto y estudiante del doctorado en ciencias en ingeniería metalúrgica y cerámica del Cinvestav Saltillo.

Felix Cancino y Eddie López.De acuerdo con el investigador, el accidente nuclear de Fukushima ha llamado la atención hacia el desarrollo de combustibles nucleares con mayor tolerancia a accidentes nucleares. A diferencia de los combustibles actuales, el combustible nuclear TRISO es una partícula de un milímetro de diámetro compuesta de un núcleo de uranio recubierto con cuatro capas de material cerámico, que en conjunto trabajan como un sistema de contención en miniatura que impiden la liberación de los productos de fisión, especialmente en caso de un accidente.

Debido a que la contención de los productos de fisión se debe al uso de cuatro recubrimientos cerámicos, es importante estudiar la estabilidad del combustible nuclear en caso de que un reactor se salga de control y se eleve la temperatura. Por esta razón, el Cinvestav Saltillo lleva a cabo estudios de estabilidad y proceso de difusión de productos de fisión como paladio y plata.

“Dentro de los retos que hemos estudiado, se encuentra entender el origen de la temperatura máxima de operación de este tipo de combustible que usualmente es seleccionada a mil 600 grados Celsius. Descubrimos que por arriba de mil 600 grados Celsius, algunos tipos de carbón pirolítico (uno de los recubrimientos utilizados) empiezan a cambiar generando nanoporosidades que podrían permitir una mayor difusión y liberación de productos de fisión. Sin embargo, también encontramos que algunos tipos de carbón pirolítico son más estables que otros, por lo que es posible incrementar aún más el uso y estabilidad de este tipo de combustibles por arriba de mil 600 grados Celsius”, detalló Cancino Trejo.

Nuevo modelo de difusión

El científico señaló que el grupo es pionero en proponer un nuevo modelo de difusión a través de la existencia de complexiones de límite de grano. Esto significa que una interfase entre dos cristales —límite de grano— no es estable y que puede cambiar a diferente composición y nivel de desorden atómico dependiendo de las condiciones a las que se encuentre —por ejemplo, temperatura e irradiación—, incrementando o disminuyendo de esta manera la difusión y liberación de productos de fisión.Componentes de un combustible nuclear de alta temperatura.

“Otro trabajo que hemos realizado es el estudio de la difusión de paladio y plata a través de carburo de silicio, uno de los cuatro recubrimientos utilizados en la fabricación de partículas TRISO. Para ello hemos tratado de entender el proceso de difusión a través del límite de grano —el área de unión de dos cristales— y cómo las características de esta interfase pueden cambiar por la presencia de otros elementos, la temperatura, e incluso la irradiación, durante su uso en un reactor nuclear”, explicó el especialista del Cinvestav.

El maestro en ciencias Cancino Trejo reiteró que la finalidad de esta investigación es mejorar la seguridad operativa de reactores nucleares mediante mejoras en los combustibles empleados.

 Detalles de un combustible nuclear microencapsulado de 1 mm de diámetro.

 

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