Avaliação dos parâmetros de produção para otimização microestrutural de pastilhas de dióxido de urânio (UO2)
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
Texto Completo: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-05102023-121220/ |
Resumo: | 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 UO2 foram sinterizadas por 3 h e 4 h a 1500 ºC, 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 UO2 com pós de U3O8 obtidos pela oxidação do UO2 a 400ºC (U3O8 verde) e a 1300ºC (U3O8 queimado) ao ar. A finalidade é avaliar o efeito destas condições no desenvolvimento da microestrutura no processo de sinterização. A adição de U3O8 na proporção de 10% não resultou em incrementos no tamanho de grão. Essa observação foi aplicável tanto ao U3O8 verde quanto ao U3O8 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 UO2 com uma relação O/U de 2,26, possivelmente devido à disposição homogênea do U3O8 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 UO2 pura, sem a utilização de aditivos de sinterização. |
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Avaliação dos parâmetros de produção para otimização microestrutural de pastilhas de dióxido de urânio (UO2)Evaluation of production parameters for microstructural optimization of uranium dioxide (UO2) pelletscombustível nuclearnuclear fuelpastilha de UO2pó de U3O8sinterizaçãosinterizationU3O8 powderUO2 pelletO 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 UO2 foram sinterizadas por 3 h e 4 h a 1500 ºC, 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 UO2 com pós de U3O8 obtidos pela oxidação do UO2 a 400ºC (U3O8 verde) e a 1300ºC (U3O8 queimado) ao ar. A finalidade é avaliar o efeito destas condições no desenvolvimento da microestrutura no processo de sinterização. A adição de U3O8 na proporção de 10% não resultou em incrementos no tamanho de grão. Essa observação foi aplicável tanto ao U3O8 verde quanto ao U3O8 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 UO2 com uma relação O/U de 2,26, possivelmente devido à disposição homogênea do U3O8 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 UO2 pura, sem a utilização de aditivos de sinterização.Control of porosity and grain size is necessary to enghance the fuel pellet\'s performance, specifically the ability to retain fission products. To optimize the microstructure of fuel without the use of sintering additives, UO2 pellets were sintered for 3 hours and 4 hours at temperatures of 1500ºC, 1600ºC, and 1700ºC. No significant variations in porosity were observed. The largest average grain size was measured in the 1700ºC for 4-hour range, establishing this condition as optimal. This condition was applied to pellets with O/U ratios of 2,15 and 2,26, as well as pellets made from mixtures of UO2 with U3O8 powders obtained by oxidizing UO2 at 400ºC (green U3O8) and 1300ºC (sintered U3O8) in air. The purpose is to evaluate the effect of these conditions on the development of the microstructure during the sintering process. The addition of 10% U3O8 did not result in grain size increments. This observation applies to both green and sintered U3O8. Despite the significant difference in specific surface area between the two powders, this difference did not influence the final grain size. Both mixtures yielded compatible average grain sizes and grain size distributions. The results indicate that stoichiometry affected the development of the microstructure, promoting grain growth even in a reducing atmosphere. A O/U ratio of 2.26 resulted in an average grain size of 12.4 μm, while a O/U ratio of 2.15 led to 8.0 μm. Therefore, the sintering of UO2 with a O/U ratio of 2.26, possibly due to the homogeneous arrangement of U3O8 within its structure and hyperstoichiometry, yielded the best experimental result in this work. The achieved grain size exceeded the minimum acceptable value in industrial terms for pure UO2 pellets without the use of sintering additives.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPRiella, Humberto GracherAntenor, João Paulo Mendes2023-08-09info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-05102023-121220/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2023-10-06T11:30:03Zoai:teses.usp.br:tde-05102023-121220Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212023-10-06T11:30:03Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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