Mechanical Properties of Uranium Silicides by Nanoindentation and Finite Elements Modeling

Carvajal-Nunez, Ursula; Elbakhshwan, Mohamed; Mara, Nathan A.; White, Joshua T.; Nelson, Andrew T.

doi:10.1007/s11837-017-2667-1

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“…In the literature, extensive efforts have been devoted to studying the behavior of FPs in UO 2 , including the preferred incorporation sites [27], solubility [28][29][30], diffusion pathway and energy barriers [31]. For U 3 Si, most of the experimental studies are focused on its thermal and mechanical properties [3,22,32], and few studies on the trapping and migration behaviors of FPs have been performed.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

First-principles study of the stability and migration of Xe and Cs in U₃Si

Jin¹,

Hu²,

Qiu³

et al. 2022

J. Phys.: Condens. Matter

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In the past several years, the U3Si has been suggested as an alternative nuclear fuel for light water reactors due to its high uranium density and outstanding thermal conductivity. In order to gain fundamental insights into the behavior of fission products in U3Si, the trapping and migration behaviors of the fission products Xe and Cs in U3Si are investigated using density functional theory calculations in this work. Under U-rich and Si-rich conditions, both the Xe and Cs atoms prefer to substitute for Si and U atoms, respectively. Besides, both Xe and Cs tend to migrate through the vacancy-mechanism. It is noticeable that Xe diffuses faster and forms Xe bubbles more easily than Cs, which is mainly caused by the weaker interaction between Xe and its surrounding atoms.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

First-principles study of the stability and migration of Xe and Cs in U₃Si

Jin¹,

Hu²,

Qiu³

et al. 2022

J. Phys.: Condens. Matter

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“…Tratando-se de um sistema com muitas possibilidades de composições intermetálicas, pequenas diferenças de estequiometria ou de processamento acarretam a formação de diferentes fases cristalinas, tornando-se virtualmente impossível a obtenção de uma única fase cristalina, com estequiometria perfeita 68 . Ainda, o U 3 Si 2 69 permite pequenas variações na estequiometria por conta da formação de defeitos, e o urânio metálico possibilita a formação de solução sólida com reduzidas quantidades de silício 27 Entre as vantagens do U 3 Si 2 pode ser destacada a elevada densidade de urânio (e consequente ciclo de operação mais longo) 37,96 , condutividade térmica 91,110 , difusividade de defeitos e gases de fissão 111 , resistência à amorfização induzida por radiação 50,77,81,82 Transferência do hexafluoreto de urânio 131,132 No processamento de combustíveis nucleares, o processo é iniciado com o recebimento de hexafluoreto de urânio (UF 6 ) em cilindros tipo 5A e/ou 5B no enriquecimento de 19,75  0,20 % em peso de 235…”

Section: Históricounclassified

“…Uma vez que as faixas granulométricas do siliceto de urânio utilizadas no processo produtivo do elemento combustível não são adequadas para quantificação das fases do material por refinamento pelo método de As demais amostras de siliceto de urânio, por sua vez, têm a dureza e módulo de elasticidade elevados de acordo com a concentração de silício, o que se traduz em maior fragilidade, explicando a redução no tamanho de partículas para as amostras com maior concentração de Si 235 . Na figura 5.4.4.8 é exibido um gráfico com curvas granulométricas de pós moídos por diferentes técnicas.…”

Section: Cominuição Das Amostrasunclassified

Caracterização e quantificação de fases em ligas de urânio-silício para aplicação como combustível nuclear

García¹

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RESUMO GARCIA, Rafael H. L. Caracterização e quantificação de fases em ligas de urânio-silício para aplicação como combustível nuclear. 2019. 200 p. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear)-Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares-IPEN-CNEN/SP. São Paulo. A segurança da operação de reatores nucleares depende dos materiais envolvidos em sua construção, pois são submetidos a variações de temperaturas em ambiente corrosivo e avarias causadas por partículas de alta energia. O combustível, que proporciona energia para o reator, possui vida útil muito menor, mas é submetido às mesmas condições. Dentre as ligas de urânio, o U 3 Si 2 é bastante utilizado em reatores de pesquisa, dada a elevada densidade de urânio, boa condutividade térmica e resistência à amorfização induzida por radiação, ao inchamento e à propagação de trincas. Porém, no processo de fabricação da liga U-Si geralmente são formadas duas ou mais fases cristalinas, com comportamentos distintos sob irradiação. Por esse motivo, a especificação do pó de siliceto de urânio utilizado no reator IEA-R1 do IPEN, e do RMB (Reator Multipropósito Brasileiro) é de, pelo menos, 80% em massa de U 3 Si 2. No entanto, as técnicas de caracterização atualmente utilizadas no controle de qualidade não permitem quantificar as fases cristalinas diretamente. Assim, esse trabalho propõe a utilização da difração de raios X (DRX), alinhada a refinamento pelo método de Rietveld para caracterização do pó de siliceto. Para tal, foram produzidas ligas de urânio contendo 33 a 67 mol% de silício, e técnicas de moagem e ajustes de refinamento foram testados. O método desenvolvido inclui cominuição em moinho vibratório e DRX com refinamento automatizado dos dados, permitindo a quantificação das fases cristalinas de maneira confiável, rápida e com mínima interferência do operador. Os resultados obtidos foram corroborados com os de técnicas como análise de imagem obtida por microscópio eletrônica de varredura (MEV), densidade e análises elementares de U e Si.

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