- Se ha encontrado silicio en las partículas de combustible TRISO, incluso antes de la radiación.
- Este hallazgo desafía la hipótesis de que el silicio proviene de la capa de protección.
- La investigación sugiere que la presencia de silicio podría estar relacionada con el proceso de fabricación del combustible.
- Los resultados de la investigación han sido publicados en el Journal of Nuclear Materials.
Investigadores de Canadá han descubierto que el robusto material de combustible nuclear TRISO contiene silicio, incluso antes de que las partículas ingresen al reactor. Este hallazgo proviene de la investigación de la profesora Samantha Gateman y su equipo de la Western University, quienes están estudiando las partículas de combustible TRISO como parte de un proyecto más amplio, cuyo objetivo es caracterizar las propiedades químicas de este material. La investigación tiene como finalidad examinar las propiedades químicas del material de combustible nuclear para ayudar a guiar la disposición segura en el futuro y entender cómo se descompone a través de reacciones químicas con el tiempo.
Para determinar dónde comienza la corrosión o degradación del material de fisión y cómo se propaga con el tiempo, los investigadores postdoctorales Soroosh Hakimian y Shamim Pourrahimi del laboratorio de Gateman comenzaron a examinar la composición del material. Las partículas de combustible TRISO son del tamaño de pequeñas semillas de amapola, envueltas en una capa protectora. En sus experimentos, el equipo descubrió que el silicio ya estaba presente en las partículas antes de la radiación.
El sorprendente hallazgo del silicio
Gateman afirmó: "Hemos encontrado silicio en las partículas de combustible, incluso antes de que ingresen al reactor. Esto significa que cuando vemos silicio en el combustible irradiado, no podemos asumir automáticamente que se ha migrado desde la capa de silicio-carburo". Los investigadores señalaron que este hallazgo es sorprendente, ya que se considera que el TRISO es uno de los diseños de combustible nuclear más robustos de la historia. Cada pequeña partícula de combustible está rodeada por múltiples capas diseñadas para contener productos de fisión radiactivos.
Investigaciones anteriores mostraron que el silicio aparece en el combustible TRISO después de la exposición a temperaturas extremas y radiación en el reactor. En esos estudios, se consideró que el silicio migraba desde la capa protectora de silicio-carburo circundante como la posible fuente del hallazgo. Sin embargo, la investigación más reciente de Gateman y su equipo muestra que el silicio ya estaba presente antes de que el combustible ingresara al reactor.
Partículas de silicio en el proceso de fabricación
Según los investigadores, esto establece un nuevo estándar para comprender los cambios del silicio durante la operación del reactor. Gateman declaró en un comunicado que esto también plantea nuevas preguntas sobre cómo el material ingresó inicialmente a las partículas de combustible. Gateman mencionó que este hallazgo llevó al equipo a revisar el proceso de fabricación del combustible. El material de fisión se produce a través de un proceso llamado sol-gel. En este proceso, el material que contiene uranio se convierte en pequeñas esferas al sumergirse en un baño de aceite de silicio caliente. Estos ciclos de inmersión se realizan antes de que las partículas reciban cualquier tratamiento térmico y obtengan su capa protectora.
Para investigar si las partículas de silicio ingresaron durante el proceso de fabricación, el equipo estudió las partículas de combustible en estado desnudo y completamente recubiertas. Encontraron silicio en cada etapa, lo que sorprendió a los investigadores. Gateman comentó: "Lo sorprendente es darse cuenta de que el silicio podría estar relacionado con la forma en que se fabrica el combustible. Desde una perspectiva química, la composición del aceite es importante, ya que el material interactúa con él durante el proceso de formación de las partículas de combustible."
Los investigadores dedujeron que el silicio presente en el TRISO no es el resultado de procesos de recubrimiento posteriores; por el contrario, ya estaba presente en el proceso de fabricación de las partículas nucleares. Estos resultados han sido publicados en el Journal of Nuclear Materials.
Relación entre la fabricación y el rendimiento del combustible TRISO
La investigación sobre el combustible TRISO ha revelado la presencia de silicio en las partículas de combustible nuclear, lo que no solo desafía la comprensión previa sobre el origen del silicio, sino que también podría influir en el diseño y la seguridad de los combustibles en el futuro. Los hallazgos del equipo de investigación sugieren que la presencia de silicio está estrechamente relacionada con el proceso de fabricación del combustible, lo que podría cambiar nuestra percepción sobre las propiedades químicas de los materiales de combustible nuclear. A medida que la tecnología nuclear avanza, comprender el comportamiento de estos materiales es crucial para garantizar la seguridad y eficiencia de la energía nuclear.