Krzem w paliwie TRISO wykryto jeszcze przed użyciem w reaktorze

Zespół z Western University wykrył krzem w nienapromienionych rdzeniach paliwa TRISO. Wynik pomaga odróżnić skład początkowy materiału od zmian zachodzących w reaktorze.

.Badania prowadzili Samantha Gateman, Soroosh Hakimian i Shamim Pourrahimi z kanadyjskiego Western University. Wyniki opublikowali w „Journal of Nuclear Materials”. Analiza była częścią szerszych prac nad chemią paliwa jądrowego i jego zachowaniem po zakończeniu użytkowania.

Krzem obecny przed napromienieniem

.Badany wariant paliwa TRISO miał rdzenie z tlenowęgliku uranu (UCO) o średnicy około 300–400 mikrometrów. W gotowej cząstce rdzeń otaczają cztery warstwy ochronne z materiałów węglowych i węglika krzemu. Ich zadaniem jest zatrzymywanie promieniotwórczych produktów rozszczepienia.

We wcześniejszych badaniach krzem wykrywano wewnątrz paliwa, które pracowało już w reaktorze. Jego obecność wiązano z przemieszczaniem się pierwiastka z ochronnej warstwy węglika krzemu pod wpływem warunków panujących podczas eksploatacji.

Zespół Gateman zbadał materiał, który nie był napromieniony. Obszary bogate w krzem znaleziono zarówno w rdzeniach pozbawionych powłok, jak i w gotowych, powleczonych cząstkach. Oznacza to, że w analizowanych próbkach krzem był obecny jeszcze przed nałożeniem warstw ochronnych.

Możliwy związek z produkcją paliwa

.Badacze wskazują na proces wytwarzania rdzeni metodą zol-żel. Materiał zawierający uran formuje się w małe kulki w kąpieli z gorącego oleju silikonowego. Po utworzeniu kulek przeprowadza się obróbkę cieplną, a następnie nakłada powłoki.

Kontakt z olejem silikonowym jest rozważany jako możliwe źródło krzemu. Obserwacje wiążą jego obecność z etapem produkcji, ale nie rozstrzygają wszystkich szczegółów mechanizmu.

Wynik nie wyklucza przemieszczania się krzemu z powłoki podczas pracy reaktora. Pokazuje natomiast, że interpretacja składu zużytego paliwa wymaga znajomości jego stanu początkowego. Bez tego trudno ustalić, ile krzemu pojawiło się dopiero podczas eksploatacji.

Wpływ na zachowanie paliwa wymaga badań

.Według Gateman nie wiadomo jeszcze, jak obszary bogate w krzem wpływają na właściwości paliwa. Wcześniejsze prace wskazywały, że takie struktury w napromienionym materiale mogą oddziaływać na gromadzenie się gazów i ciśnienie wewnątrz cząstki.

Ustalenie składu wyjściowego ma znaczenie dla kontroli jakości i oceny paliwa reaktorowego. Autorzy nie przesądzają jednak, czy proces produkcji powinien zostać zmieniony. Najpierw trzeba określić znaczenie wykrytych obszarów dla zachowania materiału.

Szerszy program zespołu obejmuje również badania istotne dla bezpiecznego składowania zużytego paliwa. Poznanie chemii materiału przed napromienieniem tworzy punkt odniesienia dla późniejszej oceny jego przemian w reaktorze i po zakończeniu pracy.

Szymon Ślubowski