Síntese e caracterização do combustível nuclear avançado UO2 - grafeno

Abstract

O desenvolvimento de combustíveis nucleares avançados, que buscam aumentar a condutividade térmica das pastilhas de dióxido de urânio (UO2), é um passo importante para aprimorar o desempenho e a segurança dos reatores nucleares. Nesse contexto, a presente pesquisa teve como objetivo investigar os efeitos do grafeno, um material de alta condutividade térmica, como aditivo nas pastilhas de UO2 Para tal, foram produzidas e sinterizadas pastilhas com 2% e 6% de grafeno, e suas propriedades foram analisadas em comparação com pastilhas de UO2 puro. A análise dilatométrica revelou que a adição de grafeno promoveu uma maior retração macroscópica e taxas de sinterização superiores. Além disso, a difusividade e a condutividade térmica das pastilhas com grafeno foram consistentemente mais altas que as da amostra pura, indicando uma melhora significativa na capacidade de transferência de calor. No entanto, a caracterização microestrutural apresentou resultados contraditórios. A análise de porosidade e tamanho de grão demonstrou que o grafeno alterou a microestrutura das pastilhas. A porosidade residual tornou-se mais irregular, com poros maiores e, em muitos casos, interconectados. Simultaneamente, o grafeno inibiu o crescimento de grão, resultando em uma redução progressiva do tamanho médio dos grãos com o aumento da sua concentração. Embora o grafeno contribua para a densificação macroscópica e otimize as propriedades térmicas, ele compromete a integridade microestrutural do material. A inibição do crescimento de grão e a formação de porosidade prejudicial podem ser atribuídas à ação de resíduos de carbono que atuam como agentes de "pinning" nos contornos de grão.