El examen post-irradiación (EPI) es el estudio de los materiales nucleares usados, como el combustible nuclear . Tiene varios propósitos. Se sabe que mediante el examen del combustible usado se pueden estudiar los modos de fallo que se producen durante el uso normal (y la forma en que se comportará el combustible durante un accidente). Además, se obtiene información que permite a los usuarios del combustible asegurarse de su calidad y también ayuda al desarrollo de nuevos combustibles. Después de accidentes importantes, el núcleo (o lo que queda de él) normalmente se somete a EPI para averiguar qué sucedió. Un sitio donde se realiza EPI es la UIT , que es el centro de la UE para el estudio de materiales altamente radiactivos .
Los materiales en un entorno de alta radiación (como un reactor) pueden experimentar comportamientos únicos, como la hinchazón [1] y la fluencia no térmica. Si hay reacciones nucleares dentro del material (como lo que sucede en el combustible), la estequiometría también cambiará lentamente con el tiempo. Estos comportamientos pueden dar lugar a nuevas propiedades del material, agrietamiento y liberación de gas de fisión:
A medida que el combustible se degrada o se calienta, los productos de fisión más volátiles que quedan atrapados dentro del dióxido de uranio pueden liberarse. [2]
A medida que el combustible se expande al calentarse, el núcleo del pellet se expande más que el borde, lo que puede provocar grietas. Debido a la tensión térmica que se forma, el combustible se agrieta y las grietas tienden a extenderse desde el centro hacia el borde en forma de estrella.
Para comprender y controlar mejor estos cambios en los materiales, se estudian estos comportamientos.[1][2] [3] [4]. Debido a la naturaleza intensamente radiactiva del combustible utilizado, esto se realiza en una celda caliente . Es común una combinación de métodos destructivos y no destructivos de PIE.
Además de los efectos de la radiación y de los productos de fisión sobre los materiales, los científicos también deben tener en cuenta la temperatura de los materiales en un reactor y, en particular, la del combustible. Una temperatura demasiado alta del combustible puede ponerlo en peligro, por lo que es importante controlar la temperatura para controlar la reacción en cadena de fisión.
La temperatura del combustible varía en función de la distancia desde el centro hasta el borde. A una distancia x del centro, la temperatura (T x ) se describe mediante la ecuación donde ρ es la densidad de potencia (W m −3 ) y K f es la conductividad térmica .
Para explicar esto, se ha modelado una serie de pastillas de combustible que se utilizan con una temperatura de borde de 200 °C (típica para un reactor de agua de barril ) con diferentes diámetros y densidades de potencia de 250 Wm −3 utilizando la ecuación anterior. Tenga en cuenta que estas pastillas de combustible son bastante grandes; es normal utilizar pastillas de óxido que tengan aproximadamente 10 mm de diámetro.
Radioquímica y química nuclear, G. Choppin, JO Liljenzin y J. Rydberg, 3.ª edición, 2002, Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-7463-6