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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.85.2023.tde-15052023-085500
Documento
Autor
Nome completo
Alfredo Yuuitiro Abe
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2023
Orientador
Banca examinadora
Silva, Antonio Teixeira e (Presidente)
Carluccio, Thiago
Motta, Claudia Giovedi
Souza, Gregório Soares de
Título em português
Análise neutrônica e do comportamento sob irradiação de combustíveis tolerantes à falha
Palavras-chave em português
ATF
combustível tolerante a falha
neutrônica
revestimento
Resumo em português
O presente trabalho apresenta uma avaliação e análise quanto aos aspectos neutrônicos e de desempenho de combustível para os potenciais candidatos a combustíveis tolerantes a falha (ATF). Na fase inicial do trabalho para o levantamento bibliográfico utilizou-se a metodologia baseada na técnica de maturidade tecnológica (TRL) para avaliar as diversas opções e tecnologias desses combustíveis. Esta fase inicial permitiu identificar nos desenvolvimentos dos combustíveis tolerantes a falha as principais lacunas e as atividades necessárias para a obtenção e utilização comercial em reatores de potência. As avaliações e as análises neutrônica e de desempenho do combustível dos principais candidatos à combustíveis tolerantes a falha foram realizadas por meio de simulações computacionais utilizando programas de desempenho do combustível (TRANSURANUS) e neutrônica (SERPENT). As atividades consistiram na avaliação e verificação de um projeto de núcleo de reator constituído de combustíveis tolerantes a falha (combustíveis: UO2, U3Si2, UN, UO2-BeO) e os revestimentos: ZIRLO, SiC, FeCrAl, AISI-348). Para tanto, foram obtidos e avaliados os principais parâmetros associados ao projeto do núcleo do reator. Além disso, o trabalho envolveu a avaliação de desempenho de um dos revestimentos (FeCrAl) do combustível tolerantes a falha mais promissores considerando as condições de operação normal e em cenário de acidente. Como conclusão preliminar das atividades desenvolvidas neste trabalho destaca-se a viabilidade neutrônica dos diferentes combustíveis ATF, no entanto em termos de desempenho do combustível nem todas as opções disponíveis ainda possuem grau de maturidade suficiente para aplicação na indústria nuclear em curto e médio prazo. Destaca-se que este trabalho aborda e busca contribuir com um tema bastante atual e relevante na comunidade nuclear, principalmente os grandes desafios envolvidos no desenvolvimento, fabricação e o licenciamento dos combustíveis tolerantes a falha junto aos órgãos regulatórios.
Título em inglês
Neutronic analysis and fuel performance behavior of accident tolerant fuel
Palavras-chave em inglês
accident tolerant fuel
ATF
cladding
neutronic
Resumo em inglês
This work presents a neutronic and fuel performance assessment and analysis of potential candidates for accident tolerant fuels (ATF). In the initial phase of the work for the bibliographic survey, a methodology based on the Technology Readiness Level (TRL) was considered to evaluate the different existing options and technologies of accident tolerant fuel. This initial phase identified possible gaps and the necessary activities to develop accident tolerant fuels at the readiness level of commercial use in nuclear power reactors. The neutronic and fuel performance evaluations and analysis of the accident tolerant fuel candidates were performed by means of computer simulations using fuel performance (TRANSURANUS) and neutronics (SERPENT) codes. Those activities aimed to verify a design of reactor core design with accident tolerant fuels (fuels: UO2, U3Si2, UN, UO2-BeO and cladding: ZIRLO, SiC, FeCrAl, AISI-348) taking to account the main parameters related to the reactor core. In addition, this work addresses the fuel performance under normal operating conditions and under accident scenario for one of the most promising fuel cladding candidate (FeCrAl). As a preliminary conclusion of the activities developed in this work, the design of a reactor with different ATF fuels is feasible and viable, but from the fuel performance point of view, not all available options have a sufficient level of readiness for application in the nuclear industry in the short and medium term. It is noteworthy that this work addresses and seeks to contribute to a very current and relevant topic in the nuclear community, mainly the major challenges involved in the development, manufacture and licensing processes of accident tolerant fuels for regulatory bodies.
 
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2023AbeAnalise.pdf (4.45 Mbytes)
Data de Publicação
2023-05-15
 
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