El rector Javier Uceda y el presidente de ENUSA, José Luis González, en representación propia y del CSN y de ENRESA, han firmado el convenio para la realización del proyecto de investigación “Rotura por impactos de baja velocidad en vainas de combustible nuclear fragilizadas por hidruros”.

Vainas fabricadas con aleaciones de circonio

Las vainas que contienen el combustible nuclear son cilindros de unos 10 mm de diámetro, con una delgada pared de 0,5 mm aproximadamente, y una longitud de unos 4 metros. Su misión es contener las pastillas de óxido de uranio que van en su interior, y en las que se produce la reacción en cadena generadora de energía.

Las vainas se fabrican con aleaciones de circonio, debido a su resistencia en las condiciones de operación del reactor. Durante su estancia en el reactor, las vainas se oxidan levemente por su parte exterior, y el material de la vaina absorbe una cierta cantidad del hidrógeno producido en la reacción, precipitando en forma de hidruros de circonio. Ello hace que las propiedades del material de la vaina disminuyan.

Por ello es de gran interés conocer la durabilidad de las vainas y asegurar su integridad estructural durante el ciclo del combustible nuclear. Es decir, desde que comienzan a funcionar en el reactor hasta que se almacena el combustible gastado de forma definitiva.

El Departamento de Ciencia de Materiales de la Universidad Politécnica de Madrid colabora con ENUSA, ENRESA y el Consejo de Seguridad Nuclear desde el año 2006 en este tema.

Se han realizado ensayos mecánicos de distintos tipos, y se ha valorado la idoneidad de cada uno de ellos para representar la respuesta del material de vaina ante solicitaciones representativas de las condiciones de operación. Posteriormente, se han utilizado simulaciones por ordenador utilizando modelos de comportamiento avanzados para reproducir los resultados de los ensayos y deducir las propiedades mecánicas del material hidrurado.

El convenio suscrito ahora por la UPM, de cuatro años de duración, tiene como objetivo extender los resultados obtenidos hasta ahora y analizar la integridad estructural de las vainas que contienen el combustible nuclear irradiado durante su transporte y almacenamiento temporal en contenedores en seco. Se trata de un tema de gran interés, puesto que está pendiente de adjudicación el ATC (almacén temporal centralizado) en nuestro país. Dicho almacén permitirá gestionar en un único lugar todo el combustible gastado de las centrales nucleares españolas.

Los estudios y ensayos se realizarán utilizando material de vaina no irradiado, similar al que se utiliza en el combustible de la mayoría de las centrales de agua a presión de nuestro país. Antes de los ensayos, el material se cargará con hidrógeno en el laboratorio, con el fin de reproducir de manera aproximada las condiciones reales de las vainas tras la operación del combustible en el reactor.

En este nuevo proyecto se utilizarán varios materiales de vaina diferentes, todos ellos similares a los utilizados en las centrales nucleares españolas, y se utilizarán técnicas de ensayo representativas de las solicitaciones sobre las vainas derivadas de las condiciones de almacenamiento y transporte.

Las investigaciones serán financiadas a partes iguales por ENUSA Industrias Avanzadas, S.A. (Enusa), la Empresa Nacional de Residuos Radiactivos (Enresa) y el Consejo de Seguridad Nuclear (CSN). Los trabajos se realizarán en el Departamento de Ciencia de Materiales de la E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid bajo la dirección del profesor Jesús Ruiz Hervías.