Estudo de homogeneidade da mistura mecânica a seco na sinterização da pastilha UO2-Gd2O3

Abstract

A otimização de combustíveis nucleares para uso em reatores a água pressurizada pode ser obtida pelo aumento da taxa de queima. Para isso, no entanto, é necessário aumento da reatividade do reator. Esse problema, por sua vez, pode ser contornado incorporando os chamados venenos queimáveis diretamente ao combustível. Devido às suas propriedades neutrônicas, o gadolínio é um dos principais elementos utilizados, incorporado sob a forma de óxido (Gd2O3). A mistura mecânica a seco do pó de UO2 e Gd2O3 é o método comercialmente mais atraente devido à sua simplicidade. No entanto, este método conduz a dificuldades na obtenção de pastilhas sinterizadas com densidade adequada para utilização nos reatores nucleares, devido a formação de porosidade originadas pela ocorrência do efeito Kirkendall. Neste trabalho, o pó de Gd2O3 foi adicionado ao pó de UO2 com concentração de 10% em massa, por meio da mistura mecânica a seco realizada em misturador tipo túrbula e em agitador energético. Os pós foram misturados em túrbula por 1 e 80 horas. O tempo de mistura não trouxe melhora na densidade, resultando em pastilhas com até 91,5% de densidade teórica (DT). Na mistura em agitador energético foram utilizados tempos de 15, 30 e 60 minutos. As pastilhas atingiram 95,8 e 96,3% DT após 30 e 60 minutos de mistura, respectivamente. A mistura dos pós realizada por meio de um processo que envolve mais agitação permite a quebra dos aglomerados de Gd2O3, sem mudanças significativas nas propriedades do UO2, dessa forma melhorando a sinterabilidade da pastilha combustível UO2-Gd2O3.