Volumen II - SAM

La metodología de hidruración ha sido considerada por varios autores como alternativa interesante
considerando que no es un proceso complejo además del bajo costo [9], la simplicidad [5] y el bajo consumo
de energía del equipamiento utilizado [10]. Los autores consideran que este proceso es una interesante
opción para producir polvos de U-Mo con morfologías, tamaño de partículas, fases y composición química
adecuadas para combustibles.
Considerando estos antecedentes, la CCHEN ha desarrollado metodologías de hidruración para producción
de polvos de aleaciones U-Mo. El proceso de hidruración considera dos variantes en la primera etapa, en la
cual se promueve la incorporación de hidrógeno a la aleación. En un primer caso, que denominaremos HMD,
la solubilización de hidrógeno tiene lugar en la región de estabilidad de la fase γ-U, sobre la línea de
transformación α-U + γ-U (800°C) en el diagrama de equilibrio U-Mo, para luego promover la formación de
compuestos U-H a baja temperatura por tiempos prolongados. La otra modalidad ensayada, mencionada en
este trabajo como HD, considera la incorporación de hidrógeno en las condiciones más favorables para la
transformación de γ-U → α-U + γ'-U en el diagrama TTT para esta composición, por lo cual se considera a
este segundo proceso como hidruración en fase α-U. En ambos casos el proceso concluye con una etapa de
pasivación controlada, necesaria para entregar un producto útil y seguro.
En este trabajo se analizan los resultados de densidad de polvos, fases presentes por DRX, morfología por
MEB y microanálisis, además de contenidos remanentes de hidrógeno y oxígeno. Finalmente se muestran
resultados de la fabricación de miniplacas con densidades de uranio cercanas a 8gU/cm 3 utilizando ambos
tipos polvos. Se evalúa su efecto en la densidad real de uranio en el meat producto de la variación de
porosidad en las partículas de la fase combustible. Se presentan y discuten resultados de densidad,
metrología e inspección radiográfica para evaluar la homogeneidad de distribución de la fase combustible.
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
La aleación utilizada, U7Mo (7 % en peso de Mo) fue obtenida por fusión en atmósfera controlada en horno
de inducción, utilizando uranio natural y molibdeno metálico 99,5%. Debido a la alta piroforicidad exhibida
por los sistemas particulados productos de hidruración, se hizo necesaria la mantención permanente de
condiciones de atmósfera protectora (hidrógeno, vacío o argón). Detalles de los ciclos térmicos aplicados se
incluyen en la tabla 1.
Tabla 1. Ciclos térmicos aplicados para procesos de hidruración
Hidruración fase γ-U - HMD Hidruración fase α-U – HD Deshidrurac. – Homogeneización – Temple
Calentamiento: T amb. – 800 °C: 20 °C/min Calentamiento Tamb.– 700°C: 20°C/min
Solubilización 800 °C – 1 hora Calentamiento: T amb–550°C:20°C/min Deshidruración: 700 °C – 2 horas
Enfriamiento: 800 °C – 120 °C: 20 °C/min Hidruración: 550 °C - 4 horas Calentamiento 700°C – 900 °C, 20°C/min
Hidruración: 120 °C - 24 horas Enfriamiento: 550°C – Tamb:20°C/min Homogeneización: 900 °C - 2 horas
Enfriamiento: 120°C – Tamb. 20°C/min Temple: 900 °C – Tamb. 100 °C/min
A fin de mantener las condiciones de seguridad del proceso, las muestras sometidas a hidruración no
superaron los 100 g de peso. Previo a los tratamientos térmicos los trozos de aleación fueron decapados y
luego depositados en la cámara del horno en doble crisol de alúmina. Las experiencias de hidruración se
realizaron en horno de resistencias con control de atmósfera cuya cámara no fue abierta sino hasta después
de concluida una etapa final de pasivación (Vacío, Temp. ambiente, 48 – 72 horas).
Los productos fragmentados fueron clasificados bajo 150 µm y el sobretamaño fue sometido a molienda
mecánica en molino de cuchillos (de titanio). Los polvos fueron caracterizados mediante microscopía
electrónica de barrido (morfología de partículas), análisis de densidad real por picnómetro de helio y
medición de contenido total de oxígeno mediante equipo LECO. Los análisis de DRX se realizaron a
probetas metalográficas preparadas con fragmentos de 5 mm aproximadamente. Finalmente con los polvos
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