Estudo da cinética de geração de hidrogênio por reação metal-água em ligas de revestimento de combustível aplicadas em reatores nucleares.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Avelar, Alan Matias
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Aço inoxidável; Cladding; Hidrogênio; Hydrogen; Nuclear reactor; Oxidação; Oxidation; Reatores Nucleares; Revestimento; Stainless steel
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-07072023-073200/

Após o acidente de Fukushima em 2011, ligas à base de ferro e outros materiais estão sendo avaliados para substituir as ligas à base de zircônio em usinas nucleares, como parte da pesquisa com foco em combustíveis tolerantes a acidentes, do inglês Accident Tolerant Fuel (ATF). Este trabalho investigou, por meio de experimentos isotérmicos, a cinética de oxidação em altas temperaturas por água de diferentes ligas de revestimento de combustível aplicadas em reatores nucleares, incluindo: ligas à base de ferro, como aços inoxidáveis austeníticos (AISI 304L e AISI 348) e uma liga à base de zircônio (Zircaloy-4). Além disso, uma liga à base de níquel foi testada, como referência de desempenho em termos de resistência à oxidação. Posteriormente, um modelo de oxidação transiente do aço AISI 348 foi validado com base na análise de incertezas de experimentos não isotérmicos. Por último, a partir dos resultados experimentais, modelos cinéticos empíricos foram aplicados em um código numérico de transporte de calor com condições de contorno adiabáticas, desenvolvido para estimar a evolução da geração de hidrogênio em cenário de acidente de perda de refrigerante, agravado pela falha completa do sistema de resfriamento de emergência, até o início da fusão do núcleo. Os resultados indicam que as ligas à base de ferro e de níquel apresentam menores taxas de oxidação por água no curto prazo do acidente em comparação com as ligas à base de zircônio, proporcionando uma produção mais lenta de hidrogênio e, portanto, maior tempo de resposta para mitigação das consequências do acidente e restabelecimento do resfriamento do núcleo.