Experimental investigation of axial gas flow in simulated LWR fuel rods

This work explores the behavior of axial gas flow within nuclear fuel rods in Light Water Reactors (LWRs), aiming to assess the impact of cracks in fuel pellets by simulating the end-of-life condition of the fuel itself. By implementing an experimental methodology that varies the testing pressure of the simulated fuel rod and the occlusion state of the gap between pellet and cladding, paired with image analysis to characterize the pellet structure, the study seeks to understand the phenomena of axial gas flow in case of cladding breach. The results reveal that the rate of depressurization undergoes minimal variations relative to the initial test pressure and the pellet structure but is strongly correlated to the gap size. These quantitative conclusions hold up to a certain fragmentation of the pellet itself. These quantitative insights represent input for fuel rod design and verification in accidental scenarios and pave the way to dedicated models for axial gas flow in fuel performance codes.

Questa ricerca esplora il comportamento del flusso di gas assiale all'interno delle barre di combustibile nucleare nei Reattori ad Acqua Leggera (LWRs), con l'obiettivo di valutare l'impatto delle fratture nei pellet di combustibile simulando la condizione di fine vita del combustibile stesso. Implementando una metodologia sperimentale che varia la pressione di prova della barra di combustibile simulata e lo stato di occlusione dello spazio tra pellet e rivestimento, abbinata all'analisi delle immagini per caratterizzare la struttura del pellet, lo studio cerca di comprendere i fenomeni del flusso di gas assiale in caso di rottura della guaina. I risultati rivelano che il tasso di depressurizzazione subisce variazioni minime rispetto alla pressione di prova iniziale e alla struttura del pellet, ma è fortemente correlato alla dimensione dell'intercapedine tra guaina e pellet. Queste conclusioni quantitative sussistono fino a un certo grado di frammentazione del pellet stesso. Queste intuizioni quantitative rappresentano un input per la progettazione e la verifica delle barre di combustibile in scenari accidentali e aprono la strada a modelli dedicati al flusso di gas assiale nei codici di prestazione del combustibile.