Estudo de modelos para o comportamento a altas queimas de varetas combustíveis de reatores a água leve pressurizada

Este trabalho tem como objetivo estudar as modificações introduzidas, ao longo de sucessivas versões, nos modelos empíricos do programa computacional FRAPCON utilizado para a simulação do comportamento sob irradiação de varetas combustíveis de Reatores a Água Leve Pressurizada (Pressurized Water Reactor - PWR) em regime de estado estacionário e sob condições de alta queima. No estudo, foram analisados os modelos empíricos utilizados pelo FRAPCON e que são apresentados em sua documentação oficial. Um estudo bibliográfico foi conduzido sobre os efeitos da alta queima em combustíveis nucleares visando melhorar o entendimento dos modelos utilizados pelo FRAPCON nestas condições. Foram feitas simulações do comportamento sob irradiação de uma vareta combustível típica de um reator PWR utilizando as versões 3.3, 3.4 e 3.5 do FRAPCON. Os resultados apresentados pelas diferentes versões do programa foram comparados entre si de forma a verificar as consequências das mudanças de modelo nos parâmetros de saída do programa. Foi possível observar que as modificações introduzidas trouxeram diferenças significativas nos resultados de parâmetros térmicos e mecânicos da vareta combustível, principalmente quando se evoluiu da versão FRAPCON-3.3 para a versão FRAPCON-3.5. Nessa ultima versão, obteve-se menores temperaturas na vareta combustível, menores tensões e deformações no revestimento, menor espessura da camada de oxido formada no revestimento a altas queimas na vareta combustível.

This work studies the modifications implemented over successive versions in the empirical models of the computer program FRAPCON used to simulate the steady state irradiation performance of Pressurized Water Reactor (PWR) fuel rods under high burnup condition. In the study, the empirical models present in FRAPCON official documentation were analyzed. A literature study was conducted on the effects of high burnup in nuclear fuels and to improve the understanding of the models used by FRAPCON program in these conditions. A steady state fuel performance analysis was conducted for a typical PWR fuel rod using FRAPCON program versions 3.3, 3.4, and 3.5. The results presented by the different versions of the program were compared in order to verify the impact of model changes in the output parameters of the program. It was observed that the changes brought significant differences in the results of the fuel rod thermal and mechanical parameters, especially when they evolved from FRAPCON-3.3 version to FRAPCON-3.5 version. Lower temperatures, lower cladding stress and strain, lower cladding oxide layer thickness were obtained in the fuel rod analyzed with the FRAPCON-3.5 version.