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Tesis

Elongación axial y transversal de los canales de enfriamiento de la CNA-I debido a la incorporación de hidrógeno y a la precipitación de la fase hidruro

2007



Título Elongación axial y transversal de los canales de enfriamiento de la CNA-I debido a la incorporación de hidrógeno y a la precipitación de la fase hidruro
Nombre Ovejero, Juan Carlos
Ingeniero Electrónico UTN.Fac. Regional Tucumán Argentina
Magister en Ciencia y Tecnología de Materiales UNSAM
Directores Dr. Banchik Abraham David. CNEA
Dr. Vizcaíno Pablo.
. CNEA Centro Atómico Constituyentes
Fecha Defensa 19/09/2007
Jurado Dr. Danón Ariel CNEA
Ing. Frediani José NASA
Lic. Haddad Andalaf Roberto CNEA
Código Código IT IS/T--110/07

Resumen

Los componentes estructurales de Zircaloy-4 que conforman la Columna Térmica de los Canales de Refrigeración (C.R.) del núcleo de la Centrales Nucleares Atucha I y II sufren transformaciones microestructurales y dimensionales producidas por la irradiación neutrónica y por el ingreso de deuterio.
De la revisión de la documentación generada por el diseñador durante los años 1991/94 de los C.R. de Atucha II, y de su respectivo análisis surge la conveniencia de determinar el efecto de la incorporación del deuterio en la expansión axial y tangencial de los tubos que conforman la Columna Térmica ya que el deuterio proviene de la reacción de oxidación del Circonio con el agua de refrigeración (Zr + 2 D2O → ZrO2 + 2 D2).
Teniendo presente el efecto causado por el deuterio, se pretende realizar un estudio sobre probetas de Zircaloy-4 no irradiadas, extraídas en las direcciones axial y transversal de un Tubo Central de un CR como los utilizados en CNA1, con el objetivo de predecir los cambios dimensionales que experimentan los canales de enfriamiento debido a la incorporación de deuterio en la matriz de Circonio, ya que es uno de los fenómenos más notables durante la vida de servicio de un CR. Se sabe también que el hidrógeno tiene un comportamiento muy similar al deuterio, por lo tanto se ha propuesto en inferir el efecto del deuterio por el que ofrece el hidrógeno en la matriz de Circonio. De este modo, como programa de evaluación de los efectos de la incorporación de hidrógeno y la radiación neutrónica en las aleaciones de Circonio, que se lleva adelante en el LMFAE, se ha propuesto como trabajo de tesis determinar las curvas de expansión debido únicamente a la disolución y precipitación de hidruros en Zircaloy-4 en los sentidos axiales y transversales en el intervalo de (25-650) Wppm. Esta tarea se ha llevado a cabo utilizando la técnica de dilatometría diferencial, que resultó especialmente apropiada. Para tal fin se prepararon muestras tomadas de un CR en los sentidos axiales y trasversales, depositando sobre la superficie de las muestras (cátodo) distintos espesores de capa de hidruro mediante carga catódica. Por mecanizado se obtuvieron las respectivas probetas para dilatometría, Calorimetría, metalografía y gases. Los ensayos dilatométricos se realizaron empleando probetas no irradiadas, disolviéndose durante el tratamiento térmico del ensayo de dilatometría las capas de ZrH(1+x) de distinto espesor que fueron depositadas previamente sobre las superficies de las mismas mediante carga catódica. Con los datos obtenidos mediante la técnica dilatométrica se construyeron las graficas de expansión en los sentidos axial y transversal. En base a las curvas de expansión obtenidas se determinaron las tasas de expansión axial y transversal de los canales de enfriamiento de CNA-1. A la Tm = 550°C se determinó que las tasas en el sentido axial y transversal tienen un valor de 4 x10-4 %/Wppm y las tasas de expansión a la Tm = 20°C es de 3 x10-4 %/Wppm. La igualdad de las tasas en los sentidos axial y transversal es debido a que se trata de la misma dirección cristalográfica, correspondiente al plano basal.
El estudio se completó con la determinación de la temperatura de disolución, TSSd, y de precipitación, TSSp de la fase -ZrH(1+x) mediante calorimetría diferencial, DSC, y dilatometría diferencial, TMA, a fin de confirmar la disolución completa de la capa superficial de hidruros en la matriz -Zr mediante la comparación con las mediciones directas de la concentración de hidrógeno en el metal. Los datos obtenidos con estas dos técnicas muestran un buen acuerdo entre si y también con los valores reportados en la literatura y de trabajos anteriores. Como los CR de la CNA-1 pueden llegar a tener concentraciones de hidruros muy superiores a los 650 Wppm nos hemos propuesto en emplear la técnica de carga catódica y estudiar el efecto producido por la incorporación de hidrógeno y la precipitación de hidruros en los cambios dimensionales experimentado por los CR, cuando se supera la máxima solubilidad, efecto conocido como supercarga (supercharging). La máxima solubilidad en la matriz de circonio fue alcanzada de dos maneras:
• Una primer método es realizando ciclados térmicos aplicados a probetas con una capa de hidruro de un determinado espesor crítico, aplicados a dos de las probetas transversales, a las cuales se les aplicó una única carga catódica.
• Un segundo método consiste en aplicar una nueva carga catódica a probetas previamente ensayadas con contenidos de hidruros cercanos a la máxima solubilidad. obteniendo probetas con concentraciones de hidruros superiores a los 650 Wppm. Los ensayos realizados nos permito concluir que el nuevo depósito de hidruro facilita el ingreso de hidrógeno a la probeta debido a la reducción del coeficiente de estequiometría x de x = 0,6 a temperatura ambiente a x = 0,2-0,3 a 550°C.

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