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Tesis

Estudio de la difusión a dilución infinita y de la reacción-difusión en el sistema Erbio-Circonio

2018



TesistaMartín Javier IOFRIDA
Ingeniero de Sonido - Universidad Nacional de Tres de Febrero - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
DirectoresDra. Carolina CORVALÁN.   CNEA, UNTREF, CONICET - Argentina
Dr. Rodolfo PÉREZ.   CNEA, UNSAM, CONICET - Argentina
Lugar de realizaciónDivisión Difusión - Departamento Transformaciones y Propiedades - Gerencia Materiales Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina
Fecha Defensa13/04/2018
JuradoDra. María Evangelina DE LAS HERAS.   CNEA, UNSAM - Argentina
Dra. Mariela Fernanda DEL GROSSO.   CNEA, UTN, CONICET - Argentina
Dra. Marcela Inés MIRANDOU.   CNEA - Argentina
CódigoITS/TM 190/18

Título completo

Estudio de la difusión a dilución infinita y de la reacción-difusión del sistema Erbio-Circonio

Resumen

En el marco del desarrollo de nuevos elementos combustibles para reactores de agua liviana (LWR) surgieron propuestas que incorporan Er en la vaina del elemento combustible como veneno quemable para absorber parcialmente los neutrones generados en el pico de reactividad inicial luego del recambio de combustibles.

El Er se incorpora en aleación con Zr o Zr-Nb y se proponen dos configuraciones de vainas: a) tubo triplex con una capa externa y una interna de aleaciones de uso convencional (Zry, M5, etc) y una capa intermedia de aleación Zr-Er; b) tubo duplex, cuya capa externa es una vaina de aleaciones convencionales y la interna una capa delgada de Zr-Er.

Pensando el elemento combustible de manera integral, surge la necesidad de comenzar a estudiar la interacción entre el Zr y sus aleaciones, el Er proveniente de la vaina y el U de la pastilla.

El trabajo se divide en cuatro temáticas principales: (a) la difusión a dilución infinita en el sistema Er-Zr y sus aleaciones mediante la técnica LIBS, (b) la interdifusión en el sistema Er-Zr y sus aleaciones utilizando SEM, EDS, DRX y LIBS, (c) el uso del método CALPHAD para el modelado termodinámico en estas aleaciones y (d) el estudio de la difusión a dilución infinita en el sistema Er-U utilizando la técnica de espectrometría α.

Esta tesis muestra los primeros esfuerzos para el desarrollo de herramientas promisorias para el estudio de la interacción de materiales de interés nuclear como el Zr y el U con el Er en particular y las tierras raras en general.

Palabras Clave: Erbio, Veneno quemable, Aleaciones base Zr, Difusión

Complete Title

Studies of diffusion at infinite dilution and reaction-diffusion in the Erbium-Zirconium system

Abstract

In the framework of the development of new fuel elements for light water reactors (LWR), addition of Er into the cladding tubes of the fuel elements as burnable poison to partially absorb neutrons generated in the initial reactivity peak after the fuel exchange, was proposed.

Er is incorporated as an alloying element with Zr or Zr-Nb and two different configurations of cladding tubes are proposed: a) triplex tube with an external layer and an internal layer of conventional Zr based alloys (Zry, M5, etc.) and an intermediate layer of Zr-Er alloy; b) duplex tube, whose outer layer is made of conventional Zr based alloys and the inner layer is a thin layer of Zr-Er alloy.

Thinking the fuel element in as a whole, arises the need to study the interaction between the Zr and its alloys, the Er coming from the cladding and the U from the fuel rod.

This work is divided into four main topics: (a) infinite dilution diffusion in the Er-Zr system and its alloys using LIBS technique, (b) interdiffusion in the Er-Zr system and its alloys using SEM, EDS, DRX and LIBS combined, (c) the use of CALPHAD method for the thermodynamic modelling in these alloys and (d) the study of the diffusion at infinite dilution in the Er-U system using α-spectrometry.

This thesis shows the first efforts to develop promising tools to study the interaction of materials of nuclear interest, such as the Zr and the U, with Er in particular and the rare earths in general.

Key Words: Erbium, Burnable poison, Zr based alloys, Diffusion


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