Materiali combustibili per sopportare le alte temperature
In Europa, la domanda energetica continua a crescere; se si vuole ottenere una fonte affidabile, conveniente ed ecologicamente pulita di energia elettrica, è pertanto indispensabile investire sull’energia nucleare. Nel tempo, l’attenzione si è concentrata sui combustibili e su altri materiali strutturali di rivestimento. I combustibili metallici sono vantaggiosi in termini di conduttività termica rispetto ai combustibili a ossidi, ma non hanno la stessa resistenza alle alte temperature, a causa dell’elevata espansione termica. Per gestire questo fenomeno, con il finanziamento dell’UE del progetto URALLOY (“Uralloy”), gli scienziati hanno elaborato una diversa struttura di fase dell’uranio, che presenta un’espansione termica più omogenea. Il progetto ha testato l’alligazione dell’uranio con una gamma di metalli di transizione, tra cui il molibdeno, lo zirconio e il tantalio. Ciò è stato ottenuto attraverso un approccio completamente nuovo e intrinsecamente sicuro: la sintesi di film sottili attraverso polverizzazione catodica in campo elettromagnetico. Attraverso questo processo, gli scienziati hanno preparato policristalli o monocristalli di campioni di film sottili di numerose combinazioni di leghe binarie. L’uso di uno strato di rivestimento ha permesso di evitare l’ossidazione dei film. La purezza e perfetta planarità dei campioni di film sottili hanno fornito un modello di superficie semplificato che può essere esposto a diverse condizioni ambientali durante le prove di caratterizzazione. Il progetto URALLOY ha studiato le proprietà di ossidazione e corrosione dei materiali combustibili a base di leghe di uranio soprattutto durante lo stoccaggio provvisorio e in determinate condizioni di smaltimento dei rifiuti. Nel caso del sistema uranio-molibdeno, il contenuto relativamente basso di molibdeno ha agito da fattore stabilizzante dell’uranio monofase alle alte temperature. Per quanto riguarda il sistema uranio-zirconio, questo ha mostrato una miscela di fasi di uranio a temperature basse e alte, mentre il sistema di uranio-tantalio non ha dato origine a una lega alle alte temperature. Un importante risultato del progetto è che i campioni di film sottili a base di leghe di uranio generati hanno massa e radioattività basse. In questo modo si elimina la necessità di un’infrastruttura designata, rendendo più semplice per i ricercatori l’accesso, il trasporto e gli esperimenti su tali materiali. I risultati del progetto si riveleranno molto utili per il reattore nucleare ad altissima temperatura, che costituisce una delle sei tecnologie di reattori nucleari di IV generazione.
Parole chiave
Materiali combustibili, alte temperature, lega di uranio, reattori nucleari, sintesi di film sottili
