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Título da Tese:

SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE COMBUSTÍVEIS NUCLEARES METÁLICOS DO TIPO U-Zr-Mo-Gd
Nome do Aluno: FÁBIO ROGÉRIO LONGEN
Banca Examinadora: Andrea Paesano Júnior (orientador)
Carlos Augusto Silva de Oliveira (UFSC)
Luciano Pagano Júnior (CTM-ARAMAR/SP)
Flávio Francisco Ivashita (DFI/UEM)
Victor Enrique Vizcarra Ruiz (DFI/UEM)
Data da Defesa: 29/11/2013
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Resumo: Este estudo teve como meta principal fornecer subsídios para o estabelecimento de uma estratégia de longo prazo na fabricação de combustíveis nucleares metálicos à base de ligas γ-U(Zr, M’) – onde M’ = metal de transição ou terra-rara – para reatores nucleares de potência do tipo PWR compactos. Neste sentido, o presente trabalho investigou a estabilidade de fases dos sistemas ternários U-Zr-Mo e U-Zr-Gd, variando as concentrações de zircônio ou molibdênio e zircônio ou gadolínio, respectivamente. Para tal, ligas metálicas de U1-X(Zr1-YM’Y)X – com X = 35 - 70 wt.% e Y = 3 – 13 wt.% - foram fundidas em forno a arco e, na sequência, tratadas termicamente na temperatura de 950oC, durante 15 h, em atmosfera de argônio. Ao fim de cada tratamento térmico, as amostras tratadas foram resfriadas rapidamente, em água à temperatura ambiente. Após cada etapa de preparação, procedeu-se à caracterização das ligas por difração de raios X, para identificação das fases cristalinas presentes, e por microscopia ótica, para determinação da microestrutura resultante. As ligas do sistema U-Zr-Gd também foram caracterizadas por espectroscopia Mössbauer no 155Gd. Os resultados mostraram que as amostras como-fundidas do sistema U-Zr-Mo solidificaram majoritariamente na fase γ-U(Zr, Mo), com uma microestrutura bastante homogênea. A exceção ficou por conta da amostra mais rica em urânio, que apresentou, além de γ-U(Zr, Mo), uma precipitação da fase α-U(Zr, Mo). Verificou-se, ainda, que os tratamentos térmicos seguidos de resfriamentos rápidos promoveram a decomposição parcial da fase γ em δ e α, em quantidades que dependem de X. Diferentemente para as ligas do sistema U-Zr-Gd, os resultados mostraram que as amostras como-fundidas solidificaram majoritariamente a fase δ-U(Zr, Gd)2. A amostra mais rica em urânio revelou uma única estrutura cristalina, constituindo a primeira liga monofásica até então conhecida do sistema ternário U-Zr-Gd.

Palavras chaves: Combustível Nuclear Metálico. Urânio metálico. Metal de transição. Terra rara. Fusão a arco. Difração de Raios X. Espectroscopia Mössbauer.