Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Reatores nucleares de 4 geração do tipo HTGR (reatores de alta temperatura refrigerados a gás) apresentam vantagens em relação a um reator a água pressurizada, do tipo de Angra I e II, como maior eficiência térmica, possibilidade de atingir queimas do combustível dez vezes mais altas e de troca de combustível com o reator em marcha. Devido à alta temperatura do núcleo do reator, eles também são considerados para a produção de hidrogênio, além da produção de energia elétrica. A produção do hidrogênio significa a inserção em um novo mercado para as operadoras das centrais nucleares, com características diferentes do mercado de eletricidade. Esse fato requer um longo preparo das operadoras, porque a compatibilização desses dois mercados na operação das centrais nucleares certamente será uma tarefa complexa. No caso brasileiro, o fornecimento de hidrogênio para o refino do petróleo pode ser o nicho mais claro para a introdução dos reatores nucleares produtores de hidrogênio. No caso do processo de fabricação do combustível nuclear, as caracterizações são realizadas com o intuito de garantir a minimização dos efeitos danosos da queima e da temperatura, de tal forma a assegurar o confinamento dos produtos de fissão e manter o combustível funcionando durante o tempo de sua permanência no núcleo do reator. Contudo a questão metrológica não tem recebido atenção suficiente. Neste trabalho é apresentado o estado da arte do desenvolvimento relativo à produção de hidrogênio por reatores nucleares e uma abordagem para o caso do Brasil. Adicionalmente, foi feito um estudo das técnicas de caracterizações relacionadas com algumas das principais propriedades do combustível nuclear, que são as mais críticas para o seu desempenho. Foram feitos estudos visando à otimização de rotinas experimentais para determinação densidadade, porosidade aberta, difusividade térmica, condutividade térmica e calor específico de pastilhas de UO2. Os valores obtidos nas medições realizadas apresentaram diferenças em relação aos valores reportados na literatura. Uma causa para essa diferença pode ser devido à presença de uma fase com relação O/U maior que 2 nas amostras utilizadas. Embora a difração de raios X não tenha sido capaz de identificar outras fases nas amostras de UO2, a espectroscopia na região do infravermelho se mostrou bastante sensível à presença dessas fases. Sugere-se que esta técnica, devido à sua facilidade experimental, seja incluída nas rotinas de caracterização de UO2, de forma a completar as informações fornecidas pela termogravimetria e a difração de raios X. / HTGR nuclear reactors of the 4th generation have advantages in relation to a pressurized water reactor, like Angra I and II, as higher thermal efficiency, ability to reach burnups ten times higher, and fuel reloading with the reactor running at full power. Due to the high temperature of the reactor core, they are also considered for the production of hydrogen, besides electricity. This work presents a review of the state of the art of developments related to hydrogen production by nuclear reactors and an approach to the case of Brazil. The hydrogen production means the insertion into a new market for nuclear power plants operators with different characteristics from the electricity market. This fact requires a lengthy preparation of the operators, because the convergence of these two markets in the operation of nuclear plants will certainly be a complex task. In Brazil, the supply of hydrogen for oil refining may be the clearest target for the introduction of hydrogen-producing nuclear reactors. In the case of the manufacturing process of nuclear fuel, the characterizations are performed in order to ensure the minimization of the harmful effects of burnups and temperature, so as to ensure the containment of fission products and keep the fuel working during the time of its operation in the reactor core. However, the metrological issues have not received enough attention. In this work characterizations were discussed related to the thermophysical properties of fuel, which are most critical to fuel performance. Studies were conducted focusing on the optimization of experimental procedures. Methodologies are presented to measure the thermal diffusivity, thermal conductivity and specific heat of UO2. The values obtained in the measurements showed significant differences from the oves reported in the literature. One cause for this difference may be due to the presence of a phase with a O / U relation greater than two in the UO2 samples used. Although the X-ray diffraction has not been able to identify other phases in the samples beside UO2, the infrared spectroscopy was very sensitive to the presence of these phases. It is suggested that this technique, because of their experimental facility, is included in the routine characterization of UO2, in order to supplement the information provided by thermogravimetry and X-ray diffraction.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:bdtd.cdtn.br:101 |
| Date | 10 March 2011 |
| Creators | Kelly Cristina Martins Faêda |
| Contributors | Fernando Soares Lameiras, Wilmar Barbosa Ferraz, Marcio Soares Dias |
| Publisher | CNEN - Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, Belo Horizonte, CTMA - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia das Radiações, Minerais e Materiais, CDTN, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do CDTN, instname:Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, instacron:CDTN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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