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1 Estudio de Aleaciones de Circonio de Uso Nuclear Andrés Lucía 1, Juan Carricondo 1, Martín Iofrida 1, Ernesto Previtali 1, Daniel Valdivia 1, Carlos.

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1 1 Estudio de Aleaciones de Circonio de Uso Nuclear Andrés Lucía 1, Juan Carricondo 1, Martín Iofrida 1, Ernesto Previtali 1, Daniel Valdivia 1, Carlos Ararat 2, Manuel Iribarren 2, Carolina Corvalán 1,2,3 1 Universidad Nacional de Tres de Febrero 2 Comisión Nacional de Energía Atómica 3 Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas

2 2 Objetivos del trabajo Generales La seguridad y predictibilidad son requerimientos esenciales para el diseño de materiales usados en distintas tecnologías, y con mayor razón en la tecnología de reactores nucleares. Particulares 1-Primeras mediciones en aleaciones base Zr con una nueva técnica: LIBS. Estudio de los espectros obtenidos por la generación de plasma. Variación de intensidad de espectro vs. energía del láser. Estudio de la morfología y profundidad de la impronta dejada por el láser. 2-Simulaciones computacionales de difusión en aleaciones de Zr.

3 3 Principio de funcionamiento de un reactor 155 bars 350°C Refrigerante: río, mar, etc

4 2 LIBS Análisis de Suelos geología Análisis de Suelos geología Control de calidad en industria metalúrgica en planta de producción Control de calidad en industria metalúrgica en planta de producción Análisis químico elemental Análisis químico elemental Verificación de espesores Análisis de metales pesados Aguas Análisis de metales pesados Aguas

5 5 5 Fe Sn Cr Zr Nb Se utilizan en la industria nuclear para construir las vainas de los elementos combustibles en reactores debido a: Resistencia al daño por radiación. Resistencia a la corrosión. Buenas propiedades mecánicas. Baja sección eficaz de captura de neutrones térmicos (E entre 0,025 y 0,5 ev).

6 6 6 Debido a las condiciones de servicio las vainas del combustible sufren cambios : Propiedades mecánicas, dimensionales y frente a la corrosión. Aumento de defectos cristalinos por efecto del flujo neutrónico. Cambios dimensionales por desplazamiento de los defectos cristalinos (difusión). Combado debido al creep originados por el peso del combustible. Fenómenos de transporte de materia entre la vaina (Zr-Nb) y su fuelle (inox. Martensítico 403).

7 7 7 Proceso de Emisión Inducida por Láser

8 8 8 Morfología vs. Nº de disparos en Zr 5 disparos 10 disparos

9 9 ESTUDIO DE LA ZONA DE ABLACIÓN Microfotografía obtenida con microscopio de barrido después de 20 disparos

10 10 ESTUDIO DE LA ZONA DE ABLACIÓN Microfotografía de improntas de ablación luego de 2,3,5,10,20,40 y 60 disparos

11 11 ESTUDIO DE LA ZONA DE ABLACIÓN Profundidad de la impronta en función del numero de disparos

12 12 ELECCIÓN DE LA POTENCIA DEL LASER

13 13 Espectro de emisión obtenido por LIBS Zr- 2.5 % en peso Sn 13

14 14 Curva de calibración sistema Zr-Sn

15 15 Curva de calibración sistema Zr-Sn

16 16 Energ í a de la fuente 4.53 J L í neas de emisi ó n de Sn (nm) Zr Sn Sn Sn Tiempo de retardo 30.0 µ s Numero de disparos50 Promedio de Disparos por muestra Curva de calibración sistema Zr-Sn

17 17 Curva de calibración sistema Zr-Sn

18 18 Curva de calibración sistema Zr-Sn

19 19 D bg (T)= 8.8 exp (-137K/RT) 150°C 107°C Difusión de Cr en Zr-HCP – Simulaciones DICTRA Andrés

20 20 CONCLUSIONES 1- Parametrización del equipo LIBS Delay: microsegundos [μs] (se obtuvieron mejores valores de intensidad) Distancia focal: 60 milímetros [mm]. Potencia del láser: 4.5 Joules [J]. Series de disparos:10 series. Disparos por serie:50 disparos (obteniéndose valores promedio por longitud de onda) 2-Curva de calibración para el sistema Zr-Sn 3-Simulaciones de procesos difusivos en Zr a bajas temp.

21 21 TRABAJOS A FUTURO Preparación de aleaciones Zr-Nb a distintas concentraciones (entre 0.5 – 2.5 % de Nb). Verificación de las concentraciones de las mismas por técnicas analíticas convencionales (ICP). Análisis de las aleaciones con la técnica del LIBS. Comparación de ambos métodos. Construcción de las curvas de calibración.

22 22 AGRADECIMIENTOS Universidad Nacional de Tres de Febrero: Proyecto UNTREF Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica PICT Proyecto CNEA – Gerencia Materiales- Lab. Difusion

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