Simulación de Vainas en Condiciones Termomecánicas de Accidente con DIONISIO 3.0

Abstract

Los materiales actualmente utilizados en la industria nuclear, así como aquellos candidatos para un futuro uso, son sometidos a experimentos de los cuales una gran cantidad se realizan fuera del reactor, aplicando historias de temperatura y/o presurización sin irradiación para evaluar sus propiedades termomecánicas. Estos ensayos pueden ser llevados a cabo en entornos inertes para determinar el comportamiento puro de la pieza examinada o en entornos que involucren el uso de vapor o altas concentraciones de iodo o hidrógeno para analizar su influencia en el material en cuestión. Dentro de la Sección Códigos y Modelos de la CNEA, hemos desarrollado un nuevo módulo en el código DIONISIO 3.0 que nos permite simular experiencias sin irradiación sobre diversos materiales. Se han seleccionado una serie de experimentos realizados sobre vainas de Zry-4 y E110 (Zr1%Nb) con el objetivo de caracterizar los fenómenos de ballooning y burst (ruptura) ante condiciones que emulan aquellas que pueden ocurrir en escenarios de accidente por pérdida de refrigerante. El modelo desarrollado permite utilizar un dominio tanto en dos dimensiones con simetría axial como uno en tres dimensiones, determinando el momento de ruptura de la vaina en conjunto con la evolución de la fisura en los instantes finales (únicamente para los dominios en tres dimensiones). Esto requirió incorporar al código modelos de predicción de creep en alta temperatura y de ruptura de la vaina por condiciones de tensión y/o deformación además de modelos de zona cohesiva para describir la formación y el avance de la fisura.