Metodología de evaluación de integridad de combustible gastado en reinundación

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Una condición indispensable en seguridad nuclear es preservar la integridad de vaina de la barra de combustible. El estado termo-mecánico del combustible durante su gestión tras la irradiación en el reactor es determinante de dicha integridad. Algunos procesos, como el secado de combustible preparatorio para su almacenamiento en seco y/o su reinundación en caso de ser necesaria su devolución a la piscina tras dicho almacenamiento, suponen condiciones singulares en las cuales la integridad de la vaina podría verse comprometida. En concreto, las condiciones de secado pueden favorecer la fragilización del material por reorientación radial de los hidruros que se formen, lo cual reduciría notablemente la resistencia a fallo por choque térmico durante la reinundación.

CIEMAT ha desarrollado una metodología de análisis de integridad de barra de combustible gastado bajo condiciones de reinundación, que incluye el análisis del estado mecánico de vaina tras las fases de secado y almacenamiento. Esta metodología cubre las necesidades termo-mecánicas existentes tras los análisis termohidraúlicos realizados hasta el momento. Las herramientas analíticas empleadas han sido FRAPCON-xt para caracterizar la ductilidad de vaina tras secado y almacenamiento, y FRAPTRAN para evaluar la integridad del material en el transitorio de reinundación.

La metodología derivada ha sido aplicada a los procesos de secado y reinundación de una barra de combustible PWR irradiada a alto quemado (62 GWd/tU) con una historia de potencia envolvente. Los resultados de mejor estimación obtenidos en secado a la máxima temperatura admitida (400 ºC) han dado lugar a una tensión en vaina que no supera el umbral establecido para la reorientación radial de hidruros (90 MPa). Por tanto, se determina que la vaina mantendría la ductilidad remanente ante acciones de reinundación, de manera que como criterio de fallo conservador se aplica el límite elástico de tensión en las condiciones simuladas. La tensión axial calculada por choque térmico en reinundación muestra un margen de seguridad amplio con respecto a dicho límite (valor mínimo de 550 MPa estimado por FRAPTRAN), de manera que se concluye que las condiciones conservadoras simuladas son seguras para la integridad del combustible.

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