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Tesis

Efecto del agregado de circonio en la aleación U-Mo propuesta como combustible nuclear

2007



Título Efecto del agregado de circonio en la aleación U-Mo propuesta como combustible nuclear
Nombre Komar Varela, Carolina Laura
Licenciada en Química Universidad de Buenos Aires Argentina
Magister en Ciencia y Tecnología de Materiales UNSAM
Directores Dr. Aricó Sergio F..
Dr. Gribaudo Luis M..
. CNEA Centro Atómico Constituyentes
Fecha Defensa 05/07/2007
Jurado Ing. Álvarez Luis CNEA
Lic. Balart Silvia CNEA
Dr. Lamas Diego CINSO CITEFA CONICET
Código Código IT IS/T--108/07

Resumen

El programa "Reduced Enrichment for Research and Test Reactors (RERTR) tiene como objetivo reducir el enriquecimiento de los combustibles que se utilizan en reactores de investigación a una concentración de 235U inferior a 20 por ciento. Esto genera la necesidad de aumentar la densidad de uranio en los mismos. Para este fin actualmente se encuentran en proceso de calificación las aleaciones de uranio-molibdeno en fase gamma con concentraciones de soluto entre 6 y 10 por ciento en peso. En los combustibles "dispersos tipo placa", las partículas de la aleación portadora del uranio, se mezclan con polvo de aluminio y se colaminan entre placas de una aleación de este material. El contacto existente permite que durante el funcionamiento del reactor exista interdifusión de los elementos constitutivos, con la consecuente formación de nuevas fases. Estudios pos-irradiación evidenciaron un mal comportamiento de los elementos combustibles asociado posiblemente a la presencia de alguna de estas nuevas fases. Surge entonces la necesidad de caracterizar la zona de interacción. Actualmente se están desarrollando con este fin estudios de difusión química fuera del reactor. La fase gamma (U,Mo) se encuentra retenida en forma metaestable a la temperatura de trabajo, es por esto que el conocimiento del inicio temporal de la descomposición a distintas temperaturas es necesario para diseñar adecuadamente las experiencias de difusión química, dado que permite alcanzar una relación de compromiso entre el porcentaje de fase descompuesta y el crecimiento adecuado para la caracterización de los productos de la interacción. En este trabajo se determinó el inicio de la descomposición de la fase metaestable gamma U en la aleación U-7 por ciento Mo-1por ciento Zr a distintas temperaturas. Se caracterizó la zona de interacción entre U-7 por ciento Mo-1 por ciento Zr y aluminio y entre U-7 por ciento Mo-1 por ciento Zr y la aleación comercial Al A356 (7.1 por ciento en peso de silicio) a 550 grados C y 340 grados C. Los resultados se comparan con resultados previos publicados para la aleación U-7 por ciento Mo. Se destaca que el agregado de circonio acelera la descomposición de la fase gamma U aunque no modifica las fases formables en las zonas de interacción U-7 por ciento Mo-1 por ciento Zr/Al puro y U-7 por ciento Mo-1por ciento Zr/Al A356 en relación a las de U-7 por ciento Mo.

Complete Title

Abstract

The "Reduced Enrichment for Research and Test Reactors" [RERTR] is an international program that has as objective the reduction of the enrichment of nuclear fuels, used in research reactors, up to 20 per cent 235U [wt per cent]. As a consequence, it is necessary to have higher density uranium in the fuels. Gamma [U-Mo] alloys with contents of molybdenum between 6 and 10 weight per cent are, at the moment, in a qualification process. In dispersed type fuels, the powdered uranium alloy is mixed with powder of aluminum and co-laminated between plates of an aluminum alloy. The contact between particles allows material interdiffusion during the operation of the reactor. This interdiffusion can produce nucleation and growth of new phases. Post irradiation essays have shown a bad behavior of the fuel, probably associated with some of these new phases. Therefore, it s of great importance to characterize the interdiffusion layer. Several studies of out-of-pile diffusion couples are nowadays in progress, as a first approach, in order to get a complete characterization of the formed phases. Gamma [U-Mo] alloys are metaestables at work temperature, so it is important to know the temporal beginning of the decomposition of the mestastable phase gamma U at different temperatures alloys to design correctly the experiemental works on chemical diffusion. There is always a compromise between the amount of the decomposed phase and the growth of the interaction products. In this work, the start of the decomposition of the metastable gamma U is determined in the U-7 per cent Mo-1 per cent Zr at different temperatures and the interaction zones between U-7 per cent Mo-1 per cent Zr and Al and between U-7 per cent Mo-1 per cent Zr and the commercial A 356 Al alloy [7.1 wt. Per cent Si] at 550 C degrees and 340 C degrees are studied. The addition of zirconium to the U-7 wt. Per cent Mo alloy enhances the decomposition of the gamma U phase. Phases formed in the interaction zones reported in this work are the same to those found in diffusion couples U-7 wt. Per cent Mo/Al or Al A356 alloy.

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