Materiales combustibles que soportan altas temperaturas
La demanda energética europea sigue creciendo y la inversión en energía nuclear representa un imperativo con vistas a disponer de una fuente de electricidad fiable, rentable, limpia y respetuosa con el medio ambiente. A lo largo del tiempo, la atención se ha ido centrando en los materiales combustibles así como en los materiales estructurales para las vainas. Los combustibles metálicos ofrecen la ventaja de poseer una conductividad térmica muy superior a la de los combustibles a base de óxidos, pero no resisten de la misma manera las altas temperaturas debido a su elevada dilatación. Para abordar este fenómeno, unos científicos han procesado una estructura de uranio con diferentes fases que exhibe una dilatación mejor y más homogénea; todo ello respaldado por la financiación europea del proyecto «Uralloy» (URALLOY). Como parte de las labores del proyecto, se ha ensayado la aleación del uranio con una gama de metales de transición, como el molibdeno, el circonio y el tantalio. Para lograrlo se ha empleado un método totalmente novedoso e inherentemente seguro: la síntesis de películas delgadas por bombardeo con magnetrón. Aplicando este método, los científicos han preparado policristales y cristales simples de muestras de películas delgadas a partir de múltiples aleaciones binarias de distinta composición. Se ha empleado una capa que actúa como cobertor para evitar la oxidación de las películas. La pureza y la planitud perfecta de las muestras de películas delgadas aportan una superficie de modelo simplificado que se puede exponer a continuación a diferentes condiciones ambientales durante las pruebas de caracterización. Dentro del proyecto URALLOY se han investigado las propiedades frente a la oxidación y la corrosión de los materiales combustibles a base de aleación de uranio, en particular durante el almacenamiento provisional y bajo ciertas condiciones de eliminación de los residuos. En el caso del sistema uranio-molibdeno, el contenido relativamente bajo de molibdeno ha actuado como factor estabilizador del uranio monofásico a alta temperatura. El sistema uranio-circonio exhibe una mezcla de fases de uranio de baja y alta temperatura, mientras que el sistema uranio-tantalio no forma aleaciones a altas temperaturas. Uno de los resultados más importantes de este proyecto es que las muestras creadas de aleaciones de uranio en películas delgadas tienen masas y radioactividades bajas. Ello elimina la necesidad de una infraestructura especial y facilita a los investigadores acceder a esos materiales, transportarlos y experimentar con ellos. Los hallazgos de este proyecto demostrarán ser muy útiles de cara al reactor nuclear de muy alta temperatura, que constituye una de las seis tecnologías empleadas en los reactores nucleares de 4ª generación.
Palabras clave
Materiales combustibles, altas temperaturas, aleación de uranio, reactores nucleares, síntesis de películas delgadas
