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    Tesis

    Estudio de aleaciones U-Nb-Zr para el desarrollo de un combustible nuclear de tipo monolítico

    2016



    Tesista Carolina Laura KOMAR VARELA
    Licenciada en Ciencias Químicas - Universidad de Buenos Aires - Argentina
    Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
    Doctor en Ciencia y Tecnología, Mención Materiales Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
    Directores Dr. Luis María GRIBAUDO.  CNEA UNSAM - Argentina
    Dr. Sergio ARICÓ.  UNSAM, CNEA - Argentina
    Lugar de realizaciónDivisión Transformaciones de Fase - Departamento Transformaciones y Propiedades - Gerencia Materiales - Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina
    Fecha Defensa 15/07/2016
    Jurado Dra. Paula Regina ALONSO. CNEA, UNSAM - Argentina
    Dra. Adela María CUNIBERTI. IFIMAT, UNICEN, CONICET - Argentina
    Dr. Horacio Héctor TABOADA MAQUIEIRA.  CNEA - Argentina
    Código IS/TD-101/16

    Título completo

    Estudio de aleaciones U-Nb-Zr para el desarrollo de un combustible nuclear de tipo monolítico

    Resumen

    La política de no proliferación de armas nucleares llevada adelante a nivel mundial en el marco del programa Reduced Enrichment for Research and Test Reactors (RERTR), promueve la conversión de los núcleos de los reactores de investigación y producción de radioisótopos de modo que utilicen combustibles con un enriquecimiento menor o igual al 20% 235U. Para lograr este objetivo, se estudian aleaciones con una mayor densidad de U. En este contexto, se seleccionaron internacionalmente en el año 1996, las aleaciones U(Mo) y U(Zr,Nb), entre otras, como candidatas para la fabricación de combustibles dispersos.

    A principios de la década del 2000, se propone el desarrollo a nivel mundial de combustibles del tipo monolítico con núcleo de U(Mo), en paralelo al desarrollo de los combustibles tipo dispersos. En 2005 se inicia en Argentina simultáneamente el desarrollo de miniplacas del tipo monolítico U(Zr,Nb)/Zry-4, dando origen a los objetivos principales de esta tesis doctoral: el estudio de la estabilidad de la fase γU(Zr,Nb) en un entorno de concentraciones que permita alcanzar densidades de U de entre 7 y 10 gU/cm3 y la selección de una concentración para evaluar el efecto de distintos parámetros de fabricación.

    La estabilidad de la fase γU(Zr,Nb) se estudió mediante difracción de rayos X, microscopía óptica y electrónica de barrido, análisis dispersivo en energía y medición dinámica de la resistividad eléctrica en función de la temperatura a distintas velocidades de enfriamiento controlado. El conjunto de resultados obtenidos permitió seleccionar la concentración U-33Zr-6Nb (% en peso) para fabricar dos pares de miniplacas laminadas a 650ºC y 850ºC. Se destaca que para las cuatro miniplacas fabricadas, la aleación seleccionada retuvo la fase γU(Zr,Nb) de interés al finalizar el proceso de fabricación.

     

    Palabras claves: Transformaciones de fases, aleaciones de uranio, combustibles nucleares.

    Complete Title

    Study of U-Nb-Zr alloys for the developement of a monolithic type nuclear fuel

    Abstract

    The Reduced Enrichment for Research and Test Reactors (RERTR) program carries on a non proliferation policy, promoting the conversion of the cores of research and isotopes production reactors to a lower enrichment (≤20% 235U). To achieve this goal, some alloys with higher U density are currently under study. In 1996, the alloys U(Mo) and U(Zr,Nb), among others, were selected as candidates for the fabrication of dispersed-type miniplates.

    In the early 2000s, the development worldwide of a monolithic type fuel with a core of U(Mo) in parallel to the development of dispersed fuel type is proposed. In 2005, Argentina starts simultaneously the development of monolithic miniplates U(Zr,Nb)/Zry-4. This development gives raise to the main objectives of this thesis: the study of the stability of the γU(Zr,Nb) phase at concentrations with U densities between 7 and 10 gU/ cm3 and the selection of a concentration for the evaluation  of different fabrication process parameters in a set of miniplates.

    The stability of the γU(Zr,Nb) phase was studied by several techniques: X-ray diffraction, optical and scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and electrical resistivity as a function of temperature under different continuous cooling conditions. The results obtained allowed the selection of the concentration U-33Zr-6Nb (wt.%) to fabricate two sets of miniplates, co-rolled at 650 and 850ºC. It showed as main result that the four miniplates fabricated retained the γU(Zr,Nb) after the fabrication process.

     

    Keywords: Phase transformations, uranium alloys, nuclear fuels.

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