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Tesis

Implementación de la espectrometría-alfa aplicada a la obtención de perfiles de difusión de Uranio en materiales de interés nuclear

2011



Tesista Jorge Apóstol GORDILLO
Licenciado en Física - Universidad Nacional de Córdoba - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
Director Dr. Rodolfo PÉREZ.  CNEA, UNSAM, CONICET - Argentina
CodirectorDr. Manuel IRIBARREN.  CNEA, UNSAM - Argentina
Lugar de realizaciónDepartamento Materiales - Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina
Fecha Defensa 03/08/2011
Jurado Lic. Silvia BALART.  CNEA - Argentina
Dr. Rubén GONZALEZ.  CNEA, UNSAM - Argentina
Dr. Héctor SOMACAL.  CNEA - Argentina
Código IS/T 127/11

Título completo

Implementación de la espectrometría-alfa aplicada a la obtención de perfiles de difusión de Uranio en materiales de interés nuclear

Resumen

Se desarrolló una técnica que permite aplicar la espectroscopía alfa a la medición de coeficientes de difusión de U en diferentes materiales de utilización nuclear. La información disponible en la literatura es escasa, poco confiable, medida a temperaturas muy por encima del uso habitual en un reactor y data de la década del 60. Se analizaron diferentes maneras de formación del par inicial de difusión llegando a la conclusión que la evaporación en vacío resulta ser la más eficiente. Se implementó un algoritmo matemático para, a partir de la información conocida del poder de frenado de las partículas alfa en la materia deconvolucionar los perfiles de espectroscopía alfa propiamente dichos y obtener perfiles de penetración convencionales que permitan la aplicación directa de las soluciones de las ecuaciones de Fick. Se obtuvieron valores de coeficientes de difusión en Ti, Mo y Nb y se realizaron estudios preliminares en otros materiales como Al, Hastelloy C-22, acero inoxidables martensíticos como el AISI 410, etc. Se verificó además, que este método, por permitir analizar penetraciones del difundente inferiores al micrón, posibilita obtener valores de difusividades a temperaturas menores que la mitad de la temperatura de fusión, ampliando sensiblemente el rango de medición de coeficientes de difusión del U. El método de medición ha demostrado ser confiable, preciso y con una baja demanda de material y equipamiento sofisticado.

Complete Title

Alpha Spectroscopy application to obtain Uranium diffusion profiles in materials of nuclear interest

Abstract

A new technique, which allows to apply the Alpha Spectroscopy in the measurement of U diffusion coefficients was developed in different materials of nuclear application. At present the available information (mostly obtained at least forty years ago) reveals as scarce and not very reliable and was obtained at high temperatures as compared to normal rector range of temperatures.. Several methods of deposition of the Uranium layer were employed, in order to get a suitable diffusion pair. Evaporation in a vacuum chamber showed the best results. A mathematic algorithm dealing with the stopping power of the matrix with the alpha particles was developed and let us to transform the classical alpha spectroscopy information to conventional penetration profiles. So, the well known Fick´s solutions could be applied for the numerical evaluation of the diffusion coefficients. Diffusion coefficients of U in Ti, Mo and Nb were obtained and preliminary studies in Al, Hastelloy C-22 and martensitic stainless steel AISI 410 were successfully made. The development of this method leads us to obtain diffusion coefficient at temperatures even lower than a half of the melting point temperature, as it analyze penetrations lower than one micrometer, with the real possibility of get information in an extended range of temperature. This method is simple, confident and do not require expensive equipment or materials.

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