Een team onder leiding van onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy heeft een veiligere bekleding voor splijtstofstaven ontwikkeld.

Het nieuwe materiaal, een legering van ijzer, chroom en aluminium, vermijdt zirkonium. Als resultaat, het zou de exploitanten van installaties aanzienlijk meer tijd moeten geven om te reageren op incidenten zoals een uitval van een station.

De splijtstofstaven van civiele kerncentrales zijn de afgelopen zes decennia omhuld met een evoluerende zirkoniumlegering. Zirkonium als het geprefereerde basismetaal werd in de jaren vijftig gekozen door Hyman Rickover, toen een kapitein en later een admiraal, terwijl hij werkte om nucleaire technologie te nemen en te gebruiken om schepen en onderzeeërs aan te drijven.

Zijn keuze van bekleding, evenals de lichtwaterreactoren die deze schepen aandreven, werd aangepast door de kernenergie-industrie en domineert fabrieken over de hele wereld.

Zirkonium absorbeert zeer weinig van de neutronen die een kernreactor aandrijven, dus zirkoniumlegeringen waren logisch als brandstofbekleding - zolang de reactor maar werkte zoals gepland. Als een reactor zijn koelwater verliest, echter, het zirkonium kan een ernstig probleem verergeren.

"Het probleem is dat je ergens tussen de 20 en 40 ton zirkoniummetaal in deze reactorkernen hebt, " verklaarde ORNL nucleair ingenieur Kurt Terrani, die het project leidt. "Zirkonium reageert met stoom bij hoge temperatuur, en wanneer het reageert, produceert het veel warmte en veel waterstof."

De klus voor Terrani's team, als de innovatiemotor van het consortium onder leiding van General Electric, was om een ​​zirkoniumvrije legering te creëren die bij incidenten zo min mogelijk waterstof zou genereren en tegelijkertijd de prestaties zou evenaren van de splijtstofstaafbekleding die tegenwoordig in gebruik is.

Het project was om minstens drie redenen buitengewoon:legde Terrani uit. In de eerste plaats, het team was niet geïnteresseerd in het testen van bestaande legeringen om te zien of er een geschikt zou kunnen zijn. In plaats daarvan, het ontwierp de nieuwe legering helemaal opnieuw met een divers team dat bestond uit experts in nucleaire engineering, materiaal kunde, stralingseffecten, corrosie, thermomechanica en fabricage van legeringen.

Bij de aanpak is gebruik gemaakt van het brede scala aan tools en expertise dat ORNL biedt, DOE's grootste wetenschaps- en energielaboratorium. De nieuwe bekleding is ook getest in ORNL's High Flux Isotope Reactor en Idaho National Laboratory's Advanced Test Reactor, evenals de Halden onderzoeksreactor in Noorwegen.

"Dit was geenszins een Edisoniaanse benadering, "Terani zei, verwijzend naar de trial-and-error-benadering die beroemd is geworden door Thomas Edison. "We werkten met kennis en tools die in de tijd van Rickover niet beschikbaar waren. We hebben een legering ontworpen waarvan we wisten dat hij zou werken. Het verbaast me niet dat deze legering zich onder verschillende omstandigheden zo goed gedraagt; we hebben hem daarvoor ontworpen."

Ten tweede, het team was in staat om de legering in zes jaar te identificeren en te produceren, die razendsnel is in de nucleaire industrie. Conventionele wijsheid zegt dat het project twee keer zo lang had moeten duren, zei Terrani.

Ten derde, hij voegde toe, het project is ongebruikelijk omdat het onderzoek en de ontwikkeling zijn voltooid.

"Het andere waar ik erg trots op ben, is dat we klaar zijn om hiermee te stoppen. "zei hij. "We hebben het gevoel dat we het hebben afgeleverd, de industrie draait ermee. We willen er een dikke rode strik op zetten."

Het is nu overgedragen aan de industrie voor testen en evaluatie. De nieuwe bekleding werd in februari in een reactor van de Hatch Nuclear Power Plant van Southern Nuclear in Georgia geplaatst om te testen. Terrani zei, en volgende installaties zijn gepland.