Inkapslade additiva kärnbränslen
- Diarienummer
- ID17-0078
- Start- och slutdatum
- 171201-230630
- Beviljat belopp
- 2 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Det här föreslagna forskningsprojektet innebär utveckling av ett nytt kärnbränsle, med potential för att både förbättra ekonomin i svenska kärnkraftverk, samt att bli en stor exportprodukt för svensk kärnbränsleindustri. Genom att bädda in mikrosfärer av urannitrid (UN) i konventionellt urandioxidbränsle (UO2), kan man samtidigt förbättra både bränsleekonomi och säkerhetsmarginaler. I syfte att förhindra att växelverkan mellan UN och UO2 leder till problematiska reaktionsprodukter som oxy-nitrider, behöver UN-sfärerna inkapslas i ett duktilt material som ej är genomsläppligt för syremigration och samtidigt har en hög smälttemperatur, som till exempel molybden eller wolfram. På liknande vis kan uranborid- och/eller zirkoniumboridmikrosfärer bäddas in i UO2-bränsle i syfte att fungera som integrerade brännbara absorbatorer. I detta projekt kommer innovativa metoder för tillverkning av ovanstående kompositbränslen att tillämpas, och bränslenas beteende i reaktor kommer att utvärderas genom termo-mekanisk modellering, inklusive inverkan av utbränning. Mikrosfärer kommer att tillverkas genom sol-gel-processen och därefter inkapslas genom att använda atomlager- och/eller kemisk ångdeponeringsteknik. Slutligen kommer kutsar med hög täthet att produceras med starkströmsassisterad varmpressning (SPS). Modellering av värmeledningsförmåga och spänningsfält kommer att utföras med finita elementmetoder, och radiella utbränningsprofiler kommer att tas fram med Monte Carlo-metoder.
Populärvetenskaplig beskrivning
Både kärnkraft och förnybara energikällor behövs för att världen skall kunna möta klimatmålen som FN satt upp fram till 2050. I syfte att göra kärnkraften både mer ekonomisk och säkrare har KTH och Westinghouse samarbetat om att utveckla så kallade "olyckstoleranta kärnbränslen". I detta projekt kommer en industridoktorand att utveckla metoder för att tillverka och bädda in millimeterstora sfärer av urannitrid i konventionella urandioxidkutsar. Genom detta tillvägagångssätt kan man kombinera vattentoleransen hos urandioxid med den högre urantätheten och bättre värmeledningsförmågan hos urannitrid. För att urandioxiden inte skall reagera kemiskt med urannitriden, så behöver urannitridsfärerna inkapslas i ett mjukt material med hög värmeledningsförmåga som inte släpper genom syreatomer. Detta material kan vara till exempel molybden- eller wolframmetall. Dessutom kommer doktoranden att modellera beteendet för det sammansatta materialet med olika tekniker för att bestämma dess värmeledningsförmåga och de belastningar bränslekutsarna kommer att utsättas för under drift i en kärnkraftsreaktor.