Jaderné palivo se zvýšenou tepelnou vodivostí na bázi uranových sloučenin polokovů - Jaderné palivo, palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující tyto pelety

Nuclear fuel with enhanced thermal conductivity based on uranium semimetallic compounds - Nuclear fuel, fuel pellet containing such fuel and fuel rod containing such pellets

Užitný vzor

Sintrovaný keramický oxid uraničitý má velmi malou tepelnou vodivost, která způsobuje vysoký radialní gradient teplot v peletách jaderného paliva lehkovodních jaderných reaktorů. V současnosti je stav techniky takový, že vysoký gradient je považován za přijatelný. Peleta však vlivem tohoto gradientu praská, drolí se a je méně odolná radiačnímu poškození. V případě poškození pokrytí paliva, je pravděpodobné vymývání radionuklidů do primárního okruhu. V případě havarijních situací a náhlého navýšení teplot v palivu se centrální část paliva může dostat až k teplotě tavení UO2, ikdyž okrajové části pelety jsou na bezpečně nízké teplotě. Dalším problémem je nakumulované teplo, které je úměrné integrálu teplotního pole v palivové peletě. V případě ztráty chlazení dochází v prvních okamžicích k potřebě odvést toto teplo z paliva, což zhoršuje bilanci havarijní situace. Podstata inovovaného - nového technického řešení je založena na tom, že místo keramického materiálu je využita sloučenina a) tellurid uraničitý UTe2 b) germanid uraničitý UGe2. Tyto materiály disponují unikátními termomechanickými vlastnostmi, ale i jejich neutronově-fyzikální vlastnosti jsou vhodné. Elektrická i tepelná vodivost materiálu je vysoká, což umožňuje snížit teplotní gradient v jaderném palivu o stovky stupňů.

Sintered ceramic uranium dioxide has a very low thermal conductivity, which causes a high radial temperature gradient in the nuclear fuel pellets of light water nuclear reactors. At present time, the state of the art is such that a high gradient is considered acceptable. However, due to this gradient, the pellet cracks, crumbles and is less resistant to radiation damage. In case of damage to the fuel cover, leaching of radionuclides into the primary circuit is very likely. In case of emergency situations and a sudden increase in temperatures in the fuel, the central part of the fuel can reach the melting point of UO2, even if the edge parts of the pellet are at a safely low temperature. Another problem is the accumulated heat, which is proportional to the integral of the temperature field in the fuel pellet. In the event of a loss of cooling, there is a need in the first moments to remove this heat from the fuel, which worsens the balance of the emergency situation. The essence of the innovated, new technical solution is based on the fact that instead of ceramic material the compound of a) uranium telluride UTe2 b) uranium germanide UGe2 is used. These materials have unique thermomechanical properties, but their neutron-physical properties are also suitable. The electrical and thermal conductivity of the material is high, which allows to reduce the temperature gradient in nuclear fuel by hundreds of degrees.

inovativní jaderné palivo; telurid uraničitý; germanid uraničitý; zvyšování tepelné vodivosti; havarijně odolné jaderné palivo

Innovative nuclear fuel; uranium ditelluride; uranium digermanide; thermal conductivity enhancement; accident tolerant fuel

33930

27.12.2019

28.04.2020

27.12.2023

Vysoké učení technické v Brně, Brno, Veveří, CZ

K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence