تحلیل افت رسانندگی گرمایی سوخت پرتو دیده‌ی UO2 به دلیل تولید تخلخل در میزان مصرف بالای سوخت

یکی از عامل‌های تغییر رسانندگی گرمایی سوخت UO2، تخلخل به وجود آمده در سوخت حین افزایش میزان مصرف سوخت است. در میزان مصرف‌های بالای سوخت، ساختاری موسوم به ناحیه‌ی لبه (rim) که ناشی از فرایند تهی شدن شبکه‌ی‌ سوخت از گاز زنون، تولید تخلخل و باز تبلور دانه‌های سوخت است، به وجود می‌آید که به نوبه‌ی خود رسانندگی گرمایی سوخت را دست خوش تغییر می‌کند. در این مقاله با استفاده از یک مدل تورم شبکه‌ی سوخت ناشی از گاز شکافت که در محدوده‌ی دما- پایین و میزان مصرف بالای سوخت معتبر است و نیز با در نظر گرفتن اثر باز تبلور ناشی از تابش‌دهی سوخت UO2، تورم شبکه‌ی سوخت محاسبه می‌شود و مقدار تخلخل کل تا میزان مصرف سوخت MWd/kgU 120 تعیین می‌شود. برای مطالعه‌ی اثر شکل‌گیری تخلخل بر روی رسانندگی گرمایی سوخت UO2 تابش دیده، رابطه‌ی تجربی رسانندگی گرمایی هالدِن انتخاب شده است که با یک ضریب تصحیح تخلخل پیشنهاد شده، ترکیب می‌شود. این ضریب تخلخل براساس ریخت‌شناسی سه فازی سوخت تابش‌دیده توسعه می‌یابد، که شامل تخلخل‌های بدون سهم در تورم شبکه‌ی سوخت و تخلخل‌های درشت ناشی از حباب‌های مرزدانه‌ای سهیم در تورم شبکه‌ی سوخت است و فرض می‌شود به صورت یکنواخت در ماده‌ی سوخت چگال، متشکل از شبکه‌ی سوخت UO2 و محصول‌های جامد شکافت پراکنده شده باشد. با در نظر گرفتن تحول تخلخل با مصرف سوخت، کاهشی در حدود %25 در رسانندگی گرمایی سوخت UO2 در محدوده‌ی میزان مصرف سوخت موضعی MWd/kgU 120 مشاهده می‌شود که افزایش موضعی دمای سوخت را در بر خواهد داشت.