Avaliação dos parâmetros de produção para otimização microestrutural de pastilhas de dióxido de urânio (UO2)

• Autor(a) principal: Antenor, João Paulo Mendes
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Produção Científica da Marinha do Brasil (RI-MB)
• Texto Completo: https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/846364
• topic: sinterização; pastilha de UO2; pó de U3 O8; combustível nuclear; sinterization; UO2; pellet; U3 O8; powder; nuclear fuel; Engenharia nuclear

O controle da porosidade e do tamanho de grão é necessário para melhorar o desempenho de pastilhas combustíveis, especificamente na capacidade de reter produtos de fissão. Com o objetivo de otimizar a microestrutura de combustível sem o uso de aditivos de sinterização, pastilhas de UO 2 foram sinterizadas por 3 h e 4 h a 1500 °C, 1600 oC e 1700 oC.. Não foram observadas variações significativas na porosidade. O maior tamanho de grão médio medido é observado na faixa de 1700 oC por 4 h, estabelecendo essa condição como ótima. Tal condição foi empregada em pastilhas com razão O/U 2,15 e 2,26 e também em pastilhas oriundas de misturas de UO 2 com pós de U 3 O 8 obtidos pela oxidação do UO 2 a 400oC (U 3 O 8 verde) e a 1300oC (U 3 O 8 queimado) ao ar. A finalidade é avaliar o efeito destas condições no desenvolvimento da microestrutura no processo de sinterização. A adição de U 3 O 8 na proporção de 10% não resultou em incrementos no tamanho de grão. Essa observação foi aplicável tanto ao U 3 O 8 verde quanto ao U 3 O 8 queimado. Apesar da diferença significativa de superfície específica dos dois pós, essa diferença não se influiu no tamanho final dos grãos. Em ambas as misturas, foram obtidos tamanho médio de grão e distribuição de tamanhos de grão compatíveis. Os resultados indicam que a estequiometria afetou o desenvolvimento da microestrutura, promovendo o crescimento dos grãos mesmo em atmosfera redutora. Uma relação O/U de 2,26 resultou em um tamanho médio de grão de 12,4 μm, enquanto uma relação O/U de 2,15, levou a 8,0 μm. Portanto, a sinterização de UO 2 com uma relação O/U de 2,26, possivelmente devido à disposição homogênea do U 3 O 8 em sua estrutura e à hiperestequiometria, resultou no resultado experimental mais promissor obtido neste trabalho. O tamanho de grão alcançado foi superior ao valor mínimo aceitável em termos industriais para pastilhas de UO 2 pura, sem a utilização de aditivos de sinterização.