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Ciencias aplicadas e interdisciplinarias - Energía | 2016-05-18

Simulan dióxido de uranio para mejorar producción de energía nuclear

Agencia de Noticias UN | Mediante un modelo computacional se simuló este combustible a una escala micrométrica para identificar los mecanismos que afectan su desempeño durante la producción de energía en un reactor nuclear.

Con estas simulaciones es posible aumentar el desempeño de los reactores nucleares para producir energía y así reducir costos en diferentes sectores industriales como el automotriz, minero y aeronáutico, explicó Daniel Alejandro Sabogal Suárez, estudiante de la Maestría en Ciencias-Física.

Adicionalmente, con el dióxido de uranio se produce una energía limpia y más ecológica, a diferencia de otros combustibles fósiles como el carbón, petróleo y gas natural.

Este modelo de simulación también puede ser usado para estudiar diversos fenómenos de corrosión, difusión, deformación, plasticidad, conductividad eléctrica y superconductividad en materiales metálicos, entre ellos el hierro y cobre.

En las simulaciones desarrolladas se construyeron muestras de dióxido de uranio con diferentes características estructurales, que presentaban una forma circular con aproximadamente un centímetro de diámetro. Esto corresponde al tamaño real de la sección transversal de un cilindro de este material.

Para ello, se usó el lenguaje de programación Python para desarrollar el código y realizar las cerca de 100 simulaciones en este combustible.

El estudiante Sabogal Suárez desarrolló este estudio dentro del grupo de PCM Computational Applications como su tesis de grado, la cual fue supervisada por la profesora Elisabeth Restrepo Parra.

Según el investigador, el dióxido de uranio es un material usado en reactores nucleares para la producción de energía continua y libre de contaminantes como el dióxido de carbono.

“La energía nuclear se genera a partir de la fisión o partición de átomos del dióxido de uranio, en la que se producen gases como xenón y kriptón en el interior del material, los cuales son liberados mediante un proceso conocido como liberación de gas de fisión”, precisó.

Asimismo, “este fenómeno genera un aumento en la temperatura y la presión de algunos componentes en el reactor nuclear, lo cual puede producir una falla mecánica y generar un incidente nuclear”, manifestó el estudiante.

Entre los resultados obtenidos observó que la presencia de fracturas o fisuras en el material (dióxido de uranio) contribuyen a liberar el gas de fisión, principalmente cuando presentan gradientes térmicos, es decir, variaciones en la temperatura a lo largo de este combustible.

Además, la liberación del gas de fisión se reduce cuando la textura y distribución de la orientación de los granos o cristales que conforman el dióxido de uranio es aleatoria, es decir que no tienen un orden determinado.

Por lo tanto, al momento de diseñar y procesar estos combustibles nucleares en el ámbito industrial y comercial se deben tener en cuenta estas características con el fin de que el material presente un mejor desempeño.

Con los resultados obtenidos fue posible publicarlos en la revista Journal of Nuclear Materials, volumen 475 (2016), titulada Fission gas bubble percolation on crystallographically consistent grain boundary networks.

En futuros trabajos, el estudiante Daniel Alejandro Sabogal Suárez pretende implementar un modelo más robusto que incluya otras características que permitan generar una representación más completa de los materiales en las simulaciones, además de replicar sistemas en 3D.


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