Volumen II - SAM

Congreso SAM/CONAMET 2009 Buenos Aires, 19 al 23 de Octubre de 2009
INTERDIFUSIÓN ENTRE U(Mo,Zr) y Al A356 A 550 ºC.
C.L. Komar Varela (1,2) , M.I. Mirandou (1,2) , S.F. Aricó (1,2) , S.N. Balart (2) , L.M. Gribaudo (1,2,3)
(1) Instituto Sabato – Universidad Nacional de Gral. San Martín
Comisión Nacional de Energía Atómica
Avda. Gral Paz 1499, B1650KNA, San Martín, Buenos Aires, Argentina.
(2) Departamento Materiales – Gerencia Investigación, Desarrollo y Asistencia Técnica
Gerencia de Area Energía Nuclear.
Comisión Nacional de Energía Atómica
Avda. Gral Paz 1499, B1650KNA, San Martín, Buenos Aires, Argentina.
(3) Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Avda. Rivadavia 1917 (C1033AAJ), Buenos Aires, Argentina.
E-mail (autor de contacto): arico@cnea.gov.ar
RESUMEN
El reemplazo en los reactores de investigación, del U altamente enriquecido (90% 235 U) por levemente
enriquecido (20% 235 U), implica el aumento de la densidad de U. Las aleaciones U(Mo) permitirían
alcanzar las densidades requeridas. En los elementos combustibles, el U(Mo) está en contacto con Al. La
temperatura y/o radiación favorecen la formación de zonas de interacción (ZI). Los resultados posirradiación
mostraron que estas ZI son responsables del excesivo hinchado observado y de una inaceptable
porosidad alojada en la interfase Al/ZI. Resulta entonces importante la caracterización de estas ZI y su
modificación al agregar un aleante minoritario al Al y/o al U(Mo).
En este trabajo se caracterizó la ZI formable por interdifusión a 550 ºC entre una aleación U-7%Mo-1%Zr y
la aleación comercial Al A356. Las técnicas utilizadas fueron: microscopía óptica y electrónica de barrido,
microanálisis cuantitativo en microsonda electrónica y difracción de rayos X en equipo convencional y con
radiación sincrotrón.
Los resultados indican que la ZI está formada por una región bifásica compuesta por las fases U3Si5 y Zr5Al3
seguida de una región monofásica formada por la fase U(Al,Si)3. El uso de rayos X de muy alta intensidad
resultó determinante para la identificación de las fases U3Si5 y Zr5Al3.
Palabras clave: Interdifusión, Aleaciones U-Mo, Combustibles Nucleares.
1. INTRODUCCIÓN
La utilización de U de bajo enriquecimiento en aleaciones U(Mo) se esta estudiando para su empleo como
combustible nuclear tipo disperso o monolítico para la conversión de los reactores de investigación y
producción de radioisótopos de alto flujo neutrónico [1].
Un elemento combustible nuclear disperso tipo placa consiste en un compacto formado por una mezcla de
polvos de una aleación de U y Al puro. El compacto se recubre, mediante soldadura y laminación en caliente,
con placas de Al 6061. El proceso de fabricación de los elementos combustibles y su posterior irradiación
favorecen la interdifusión entre las partículas de la aleación de U y el Al que componen el compacto
formándose entre ellos una zona de interacción (ZI). Actualmente, distintas experiencias dentro y fuera de
reactor se están desarrollando a nivel mundial con el objetivo de calificar un combustible que contenga una
solución sólida de U(Mo) en fase cúbica γU (estructura cristalina cI2 tipoW) retenida en forma metaestable.
Los experimentos pos-irradiación han evidenciado la formación de una importante ZI. Se observó un
considerable hinchado de los elementos combustibles que, en algunos casos, presentaron una inaceptable
porosidad localizada en la interfase ZI/Al [2-6]. Dicha porosidad se relaciona con un mal comportamiento de
las fases que forman la ZI [3, 7].
Los estudios realizables mediante experiencias fuera de reactor constituyen una importante herramienta si se
pretende tener una primera aproximación en cuanto al conocimiento, y la probable solución, del problema en
cuestión [8-12]. Los resultados obtenidos por distintos autores en pares de difusión γU(Mo)/Al a
temperaturas altas (500-600 ºC) indican que la ZI esta formada por las fases UAl3 (cP4), UAl4 (oI20) y
Al20Mo2U (cF184). Durante la experiencia de interdifusión, el componente del par que contiene la fase
metaestable γU puede evolucionar produciéndose una descomposición con morfología celular-laminar
compuesta por la fase ortorrómbica αU (oC4) y la misma fase γU enriquecida en Mo (reconocida como γ’U).
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