O que é entalpia – combustível nuclear – definição

Entalpia de combustível nuclear – Critérios de aceitação

Como foi escrito, a entalpia é um dos potenciais termodinâmicos e representa uma medida de energia em um sistema termodinâmico.

A entalpia  é uma quantidade extensa, depende do tamanho do sistema ou da quantidade de substância que ele contém.

H = U + pV

A entalpia do combustível nuclear também é usada como critério de aceitação em tipos muito específicos de acidentes, conhecidos como acidentes iniciados por reatividade  (RIA), como os acidentes por ejeção de barras. Os RIAs consistem em acidentes postulados que envolvem uma inserção súbita e rápida de reatividade positiva. Como resultado da rápida excursão de energia, as temperaturas do combustível aumentam rapidamente, levando à expansão térmica do pellet de combustível. A excursão de potência é inicialmente mitigada pelo coeficiente de temperatura do combustível (ou feedback Doppler), que será  o primeiro  feedback, que compensará a reatividade positiva inserida.

Nesses acidentes, a grande e rápida deposição de energia no combustível pode resultar em derretimento, fragmentação e dispersão de combustível. A ação mecânica associada à dispersão do combustível pode ser suficiente para destruir a geometria do revestimento e do feixe de barras do combustível e produzir pulsos de pressão no sistema primário. A expulsão de combustível quente na água tem potencial para causar rápida geração de vapor e esses pulsos de pressão, que podem danificar os conjuntos de combustível próximos. São usados ​​limites na entalpia específica do combustível, porque os testes experimentais mostram que o grau de dano na haste do combustível se correlaciona bem com o valor máximo da entalpia específica do sedimento.

Os critérios de aceitação regulamentar variam de acordo com o país e o tipo de reator, mas geralmente existem dois tipos de limites de entalpia de combustível:

1. CRITÉRIOS DE COOLABILIDADE PRINCIPAL . A redução da capacidade de refrigeração pode resultar da expulsão violenta de combustível, que pode danificar os conjuntos de combustível próximos. No passado, os critérios centrais de refrigeração eram revisados ​​para abordar especificamente fenômenos de curto prazo (por exemplo, interação combustível-refrigerante, ruptura da haste) e de longo prazo (por exemplo, balão da barra de combustível, bloqueio de fluxo) que desafiam a geometria e o reator refrigeráveis integridade dos limites de pressão. Um limite definido para danos no núcleo, que não deve ser excedido em nenhuma posição em nenhuma barra de combustível no núcleo. De acordo com o Apêndice B do Plano de Revisão Padrão, Seção 4.2, esses critérios são, por exemplo:
   1. A entalpia média radial de pico do combustível deve permanecer abaixo de 230 cal / g. Acima dessa entalpia, partículas de combustível quente podem ser expelidas de uma barra de combustível.
   2. A temperatura máxima do combustível deve permanecer abaixo das condições incipientes de fusão do combustível.
2. CRITÉRIOS DE FALHA DE REVESTIMENTO DO COMBUSTÍVEL . Um limite de falha na barra de combustível, que define se uma barra de combustível deve ser considerada como falha ou não nos cálculos de liberação radioativa (termo de origem). De acordo com o Apêndice B do Plano de Revisão Padrão, as barras de combustível da Seção 4.2 podem falhar por vários mecanismos de danos:
   1. O critério de falha de alta temperatura de revestimento para condições de energia zero é uma entalpia média radial de combustível maior que 170 cal / g para barras de combustível com pressão interna da haste igual ou abaixo da pressão do sistema e 150 cal / g para barras de combustível com pressão interna da haste superior a pressão do sistema.
   2. O critério de falha do PCMI é uma alteração na entalpia média radial do combustível maior que o limite dependente da corrosão descrito no Apêndice B do Plano de Revisão Padrão, Seção 4.2.

Como pode ser visto, a entalpia específica do combustível, ou seja, a entalpia por unidade de massa do material do sedimento combustível, é, portanto, um parâmetro fundamental nas discussões sobre acidentes iniciados por reatividade. A falha do revestimento do combustível pode ocorrer quase instantaneamente durante o aumento imediato da entalpia do combustível (devido à PCMI) ou pode ocorrer como a entalpia total do combustível (prompt + atrasada), o fluxo de calor e a temperatura da tampa. Com o objetivo de calcular a entalpia de combustível para avaliar falhas de PCMI, o aumento imediato de entalpia de combustível é definido como o aumento médio da radial entalpia de combustível no momento correspondente a uma largura de pulso após o pico do pulso de alerta. Para avaliar falhas na alta temperatura do revestimento, deve-se usar a entalpia média radial total do combustível (alerta + atraso).

Referência especial: US NRC. Plano de Revisão Padrão – NUREG-0800. 4.2 PROJETO DO SISTEMA DE COMBUSTÍVEL. Revisão 3 – março de 2007.

Referência especial: Relatório de última geração da Agência de Energia Nuclear da OCDE, “Comportamento do combustível nuclear sob condições de RIA”, 2010.

Referência especial: Peter Rudling, Lars Olof Jernkvist. Comportamento do combustível nuclear em condições RIA. Internacional de Tecnologia Nuclear Avançada, 12/2016.

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