Estudio de formadores de poros para pastillas combustibles de (U,Gd)O_2 nanoparticulado obtenido por coprecipitación inversa.

En el presente trabajo se estudió el efecto de dos compuestos formadores de poros sobre pastillas combustibles de (U; Gd)O_2 nanoparticulado obtenido a partir de la vía de coprecipitación inversa, en el marco del desarrollo de combustible de U natural con 10% de Gd a utilizarse en el Reactor Argent...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Narváez Arrúa, Jonás S.
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2019
Materias:
Combustibles nucleares
Uranium dioxide
Dióxido de uranio
Gadolinium
Gadolinio
Nuclear fuels
CAREM 25 reactor
Reactor CAREM 25
Burnable poisons
[Pore former
Formador de poro
Burnable poison
Veneno quemable]
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/823/1/1Narv%C3%A1ez_Arr%C3%BAa.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
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description En el presente trabajo se estudió el efecto de dos compuestos formadores de poros sobre pastillas combustibles de (U; Gd)O_2 nanoparticulado obtenido a partir de la vía de coprecipitación inversa, en el marco del desarrollo de combustible de U natural con 10% de Gd a utilizarse en el Reactor Argentino CAREM-25 y de los procesos de fabricación que se llevan a cabo actualmente en el sector industrial. Se utilizaron como formadores de poros polvos de AD(U; Gd) y (U; Gd)_3O_8, los cuales corresponden a compuestos de uranio obtenidos como productos intermedios de la síntesis de (U; Gd)O_2. El proceso de fabricación utilizado comprende la síntesis de la materia prima mediante una ruta de coprecipitación, la conversión de la misma en el material que constituye la matriz del combustible, la compactación de pastillas en verde y la obtención de monolitos sinterizados. A través de diversas técnicas de la ciencia de materiales se llevaron a cabo procesos de caracterización de la morfología, fases cristalinas presentes y composición de los polvos de (U; Gd) utilizados, así como también la determinación de distintos parámetros de las pastillas como ser la densidad en verde y sinterizada, variaciones másicas y dimensionales, y el volumen y tipo de porosidad obtenida. Para esto último, se desarrolló e implementó un método automatizado para la medición de las dimensiones de los poros obtenidos a través del procesamiento de imágenes ceramográficas de las pastillas, por medio del Software libre ImageJ. Se fabricaron y ensayaron 25 pastillas combustibles, en grupos de 5, para las concentraciones blanco, 2 y 4% en peso de AD(U; Gd), y 7 y 14% en peso de (U; Gd)_3O_8. Los requerimientos sobre morfología y distribución de poros en la pastilla se cumplieron en todos los casos, obteniéndose valores de densidad entre el 96 y el 98% DT. El valor más cercano al requerimiento industrial obtenido en este trabajo es el de 96 ± 0; 4%, para el caso del 4% de AD(U; Gd). Además, el AD(U; Gd) presentó ventajas por sobre la utilización de (U; Gd)_3O_8 con respecto a la distribución de tamaño de poros y a las concentraciones necesarias para alcanzar el mismo volumen de porosidad.
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Se utilizaron como formadores de poros polvos de AD(U; Gd) y (U; Gd)_3O_8, los cuales corresponden a compuestos de uranio obtenidos como productos intermedios de la síntesis de (U; Gd)O_2. El proceso de fabricación utilizado comprende la síntesis de la materia prima mediante una ruta de coprecipitación, la conversión de la misma en el material que constituye la matriz del combustible, la compactación de pastillas en verde y la obtención de monolitos sinterizados. A través de diversas técnicas de la ciencia de materiales se llevaron a cabo procesos de caracterización de la morfología, fases cristalinas presentes y composición de los polvos de (U; Gd) utilizados, así como también la determinación de distintos parámetros de las pastillas como ser la densidad en verde y sinterizada, variaciones másicas y dimensionales, y el volumen y tipo de porosidad obtenida. Para esto último, se desarrolló e implementó un método automatizado para la medición de las dimensiones de los poros obtenidos a través del procesamiento de imágenes ceramográficas de las pastillas, por medio del Software libre ImageJ. Se fabricaron y ensayaron 25 pastillas combustibles, en grupos de 5, para las concentraciones blanco, 2 y 4% en peso de AD(U; Gd), y 7 y 14% en peso de (U; Gd)_3O_8. Los requerimientos sobre morfología y distribución de poros en la pastilla se cumplieron en todos los casos, obteniéndose valores de densidad entre el 96 y el 98% DT. El valor más cercano al requerimiento industrial obtenido en este trabajo es el de 96 ± 0; 4%, para el caso del 4% de AD(U; Gd). Además, el AD(U; Gd) presentó ventajas por sobre la utilización de (U; Gd)_3O_8 con respecto a la distribución de tamaño de poros y a las concentraciones necesarias para alcanzar el mismo volumen de porosidad. In this work we studied the effect of two pore formers on nanoparticulated (U; Gd)O_2 fuel pellets, using an inverse coprecipitation route. On one side, this material is interesting for the argentinean nuclear reactor CAREM-25, that uses natural U doped with 10% Gd as burnable poison. On the other side, this project takes into account the processes that are currently being used by the nuclear industry to introduce porosity in a fuel matrix. We used as pore builders AD(U; Gd) and (U; Gd)_3O_8 powders obtained as intermediate products in the sythesis of (U; Gd)O_2. The pellets manufacture included the raw material synthesis by a wet chemical route, its convertion to the fuel matrix, compactation into green pellets and monoliths sintering. Pores morphology, crystal phases present and composition were characterized using material science techniques. In addition, different pellets parameters as the green and sinterized density, mass and volume changes, and volume and type of porosity were determinated. For this latter, an automatizated method was developed and implemented. This method measures the pores dimensions by processing ceramographic images of polished pellets surfaces with the free software IMAGE J. We made and test 25 fuel pellets, in 5 batches of 5 pellets each, accounting for the samples (U; Gd)O_2 without addition of pore builder, 2 and 4%wt AD(U; Gd),and 4 and 7%wt (U; Gd)_3O_8. Morphology and pore distribution requirements were satisfied in all 4 cases. Sintered density was found between 96 and 98% TD. The better value obtained in this work, compared to the industrial requirement, was the 96 ± 0; 4% of the 4% AD(U; Gd) sample. In addition, this composition presented many advantages over the (U; Gd)_3O_8 sample, including the pore size distribution and the lower concentration of pore former to reach the same porosity volume. 2019-06-25 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/823/1/1Narv%C3%A1ez_Arr%C3%BAa.pdf es Narváez Arrúa, Jonás S. (2019) Estudio de formadores de poros para pastillas combustibles de (U,Gd)O_2 nanoparticulado obtenido por coprecipitación inversa. / Study of pore formers for fuel pellets fabricated with nanoparticulated (U,Gd)O_2 obtained by inverse coprecipitation. Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/823/

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