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Consultar: Programa de Pós-Graduação em Física (Acadêmico)

Título [PT]: Síntese e caracterização de combustíveis nucleares metálicos do tipo U-Zr-Mo-Gd
Autor(es): Fabio Rogerio Longen
Palavras-chave [PT]:

Combustível nuclear metálico. Espectroscopia Mössbauer. Difração de raio x. Urânio metálico. Metal de transição. Terra rara. Brasil.

Andrea Paesano Júnior [Orientador] - UEM Luciano Pagano Júnior - CTM-ARAMAR/SP Carlos Augusto Silva de Oliveira - UFSC Victor Enrique Viscarra Ruiz - UEM Flávio Francisco Ivashita - UEM

Resumo: Este estudo teve como meta principal fornecer subsídios para o estabelecimento de uma estratégia de longo prazo na fabricação de combustíveis nucleares metálicos à base de ligas γ-U(Zr, M’) – onde M’ = metal de transição ou terra-rara – para reatores nucleares de potência do tipo PWR compactos. Neste sentido, o presente trabalho investigou a estabilidade de fases dos sistemas ternários U-Zr-Mo e U-Zr-Gd, variando as concentrações de zircônio ou molibdênio e zircônio ou gadolínio, respectivamente. Para tal, ligas metálicas de U1-X(Zr1-YM’Y)X – com X = 35 - 70 wt.% e Y = 3 – 13 wt.% - foram fundidas em forno a arco e, na sequência, tratadas termicamente na temperatura de 950oC, durante 15 h, em atmosfera de argônio. Ao fim de cada tratamento térmico, as amostras tratadas foram resfriadas rapidamente, em água à temperatura ambiente. Após cada etapa de preparação, procedeu-se à caracterização das ligas por difração de raios X, para identificação das fases cristalinas presentes, e por microscopia ótica, para determinação da microestrutura resultante. As ligas do sistema U-Zr-Gd também foram caracterizadas por espectroscopia Mössbauer no 155Gd. Os resultados mostraram que as amostras como-fundidas do sistema U-Zr-Mo solidificaram majoritariamente na fase γ-U(Zr, Mo), com uma microestrutura bastante homogênea. A exceção ficou por conta da amostra mais rica em urânio, que apresentou, além de γ-U(Zr, Mo), uma precipitação da fase α-U(Zr, Mo). Verificou-se, ainda, que os tratamentos térmicos seguidos de resfriamentos rápidos promoveram a decomposição parcial da fase γ em δ e α, em quantidades que dependem de X. Diferentemente para as ligas do sistema U-Zr-Gd, os resultados mostraram que as amostras como-fundidas solidificaram majoritariamente a fase δ-U(Zr, Gd)2. A amostra mais rica em urânio revelou uma única estrutura cristalina, constituindo a primeira liga monofásica até então conhecida do sistema ternário U-Zr-Gd. Abstract: The main objective of this study was to supply information to establish a long term strategy for metallic nuclear fuel manufacture based on γ-U(Zr, M’) alloys – where M’ = transition metal or rare-earth – for compact PWR-type nuclear reactors. The present study investigated the phase stability in the U-Zr-Mo and U-Zr-Gd ternary systems, varying the zirconium or molybdenum concentration and zirconium or gadolinium concentration, respectively For this, U1-X(Zr1-YM’Y)X metallic alloys (with X = 35 - 70 wt.% and Y = 3 – 13 wt.%) were melted in arc-furnace and heat treated at 950oC for 15 h, in an argon atmosphere. At the end of each heat treatment, the annealed samples were quenched in water at room temperature. After each preparation step, the alloys prepared were characterized by X-ray diffraction to identify the crystalline phases, and by optical microscopy, to determine the resulting microstructure. The U-Zr-Gd alloys were also characterized by Mössbauer spectroscopy. The results showed that the as-melted U-Zr-Mo samples solidified mostly in the γ-U(Zr, Mo) phase and had a very homogeneous microstructure. The uranium richest sample was the exception, which precipitated the α-U(Zr, Mo) phase besides the γ-U(Zr, Mo) phase. It was further verified that heat treatments followed by quenching promoted the partial decomposition of the γ phase in the δ and α phases, in amounts that depend on X. However, for the alloys of the U-Zr-Gd system, the results showed that the samples solidified mostly in the δ-U(Zr, Gd)2 phase. The uranium richest sample revealed a single crystalline phase, and was the first monophasic alloy of the U-Zr-Gd obtained to date.

Idioma: Português Data de Publicação: 2013 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Andrea Paesano Junior Instituição: Universidade Estadual de Maringá. Programa de Pós-Graduação em Física Nível: Tese (doutorado em Física) UEM:

Responsavel: edson
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: fabio_rogerio_longen_2013.pdf
Tamanho: 6505 Kb (6660762 bytes)
Criado: 25-04-2016 14:46
Atualizado: 25-04-2016 14:55
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