Materiales avanzados

Materiales Avanzados, tiene como objetivo hacer uso de capacidades existentes en la CCHEN y realizar actividades que involucren estudios y tecnologías de preparación y fabricación en materiales avanzados. En particular las propiedades, así como la combinación de propiedades únicas en los materiales estudiados son explotadas en muchas otras aplicaciones.

En general nuestro grupo ha desarrollado habilidades para investigar la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales. Contamos con laboratorios de electroquímica, de síntesis y de caracterización de materiales.

Actualmente se encuentra en desarrollo dos líneas de investigación y una área de servicio.

Líneas de investigación:

• Cerámicos tritiogénicos
• Estudio de corrosión del cobre para uso en la fabricación de contenedores para desechos radiactivos de alta actividad

Cerámicos tritiogénicos

Los cerámicos tritiogénicos son materiales reproductores de tritio. El sistema deuterio - tritio es una alternativa combustible para los futuros reactores de fusión. Nuestro trabajo apunta al desarrollo de estos materiales e incluye etapas de síntesis de óxidos mixtos, fabricación de cerámicos y estudio de sus características. Estas etapas son correlacionadas con la capacidad de liberar tritio de la matriz cerámica una vez que se ha bombardeado el material con un flujo neutrónico.

Estudio de corrosión del cobre para uso en la fabricación de contenedores para desechos radiactivos de alta actividad

Estudiamos la resistencia a la corrosión que tiene el cobre que se pretende utilizar como contenedor (canister) para desechos nucleares de alta actividad, particularmente en Suecia, y que está siendo desarrollado por la empresa SKB. Para ello realizamos estudios de velocidad de corrosión del cobre simulando las condiciones ambientales en que se encontrarán estos canister en los repositorios. Abordamos problemas pendientes por resolver, dentro del contexto del programa de trabajo de SKB para el estudio de la disposición final de sus desechos de alta actividad (HLW). Realizamos estudios de los efectos de la temperatura, contenido de sulfuros y química del agua, en particular salinidad, en la resistencia a la corrosión del cobre. Este estudio es cofinanciado por PROCOBRE.

Área de Servicio

Nuestro servicio tiene como objetivo la determinación de propiedades de materiales para su caracterización física y está orientada a proyectos de la CCHEN y a los usuarios externos que la requieran.

Disponemos de laboratorios ampliamente equipados que nos permiten prestar servicio interno y externo en las siguientes técnicas:

• Análisis por difracción de rayos X
• Análisis de distribución y tamaño de partículas de polvos o suspensiones de partículas
• Análisis térmico diferencial (DTA) y termogravimétrico (TG)
• Determinación de tamaño y distribución de poros
• Determinación de área superficial específica
• Determinación de densidad absoluta de polvos y densidad aparente de compactos
• Caracterización mecánica de materiales mediante ensayos de resistencia

Difracción De Rayos X

Disponemos de un Difractómetro de Polvos Siemens D5000, de alta sensibilidad y reproducibilidad.

La técnica de difracción utiliza una muestra pulverizada o policristalina que se expone a una radiación de rayos X monocromática. El difractómetro determina los ángulos en que ocurre la difracción, lo que se registra en un espectro característico.

Difractómetro de polvos de alta sensibilidad y reproducibilidad

Tamaño De Particulas

El Analizador de distribución y tamaño de partículas Mastersizer X Malvern, nos permite conocer la distribución de tamaños de partículas. La técnica utiliza muestra en polvo, emulsión y/o suspensiones, húmedas o secas.

Los resultados son expresados en forma gráfica y tabular, para un análisis de partículas en el rango de 0,1 a 600 micrones.

La técnica es aplicable en un amplio espectro de disciplinas científicas y tecnológicas sirviendo principalmente como herramienta para la caracterización de materias primas, control de calidad de procesos, desarrollo de productos y procesos de monitoreo.

Analizador de distribución y tamaño de partículas

Análisis Térmicos

Disponemos de un equipo marca Netzsch para análisis termogravimétricos (TG) y para análisis térmico diferencial (DTA) simultáneos. Las muestras pueden ser sometidas a tratamientos térmicos controlados, dentro del rango de temperatura ambiente hasta 1.500 °C. Es posible controlar la atmósfera en la cual se realiza el tratamiento térmico, aire, vacío con gases inertes como nitrógeno y argón.

La técnica tiene amplias aplicaciones, proporciona información sobre la estabilidad térmica, temperaturas de fusión, de deshidratación, desolvatación, diagramas de fases, reacciones de estado sólido, estabilidad oxidativa, etc.

Porosimetría De Mercurio Y Área Superficial

Poseemos un significativo equipamiento en porosimetría de mercurio y adsorción desorción de gases.

Los equipos que disponemos son:

Macropores Unit 120, y Porosimeter 2.000, marca Carlo Erba Instruments, para la determinación de tamaño y distribución de poros. La unidad Macropores Unit 120, alcanza una presión de 1 atmósfera. La unidad Porosimeter 2.000 alcanza una presión de 2.000 atmósferas.

Sorptomatic 1.990, marca Fisions Instruments, para la determinación de área superficial.

Picnometria De Helio

Disponemos de un moderno Picnómetro de helio, modelo Accupyc 1.330, Micromeritic, para la determinación de densidad absoluta de muestras en polvo y densidad aparente de compactos.

Algunas de las diversas áreas de aplicación: cerámicas, metálicas, pigmentos, plásticos, minerales, fármacos etc.

Caracterización Mecánica

Contamos con una Máquina Universal de Ensayos Instron, modelo 8.562, para diferentes tipos de ensayos de resistencia mecánica en materiales y piezas.

• Dispositivos y accesorios estandarizados que permiten la realización de ensayos de tracción, ensayos de compresión, y ensayos de flexión en tres y cuatro puntos
• Celdas de carga de 100 kN y 5 kN lo que permite el ensayo de materiales en un amplio rango de resistencia

Combustibles

Combustibles tiene como misión realizar investigaciones en las áreas de metalurgia física y materiales de interés nuclear, dentro de lo cual se inserta su principal objetivo que es la investigación, desarrollo y fabricación de elementos combustibles para reactores nucleares de investigación. Sus instalaciones se ubican a 27 km al Poniente de Santiago en el Centro de Estudios Nucleares Lo Aguirre. Es una instalación licenciada para la fabricación de elementos combustibles y forma parte del Ciclo de Combustible junto a Conversión, Reactores y Gestión de Desechos Radiactivos. Cuenta con asistencia permanente de los Servicios de Protección Radiológica y la supervisión de Seguridad Nuclear y Radiológica.

Reseña histórica

En 1.983 comienza la etapa de interiorización en el tema de los combustibles, con estudios conducentes a la síntesis de aluminuros de uranio UAl₄, UAl₃, para fabricar miniplacas de U₃O₈ - Al, al año siguiente.

En 1.984 se capacita al grupo de combustibles con el Curso de Tecnología de Combustibles para Reactores de Investigación. CNEA, Buenos Aires.

En 1.985 se elabora un anteproyecto de diseño y construcción de una Planta de Elementos Combustibles, con el objetivo principal de reparar los EECC del Reactor Nuclear experimental de Lo Aguirre (R.E.C.H.-2) de origen español.

En 1.986 se construye la Planta de Elementos combustibles.

En 1.987 se realiza la reparación de los EECC del reactor RECH-2. Desarme de 31 elementos combustibles, evaluación de las placas combustibles, fabricación de componentes estructurales y rearmado de 29 elementos combustibles.

Desde 1.988 hasta 1.991 se desarrolla investigación de combustibles tipo placa en base a U₃O₈-Al. Se termina con una marcha blanca fabricando 2 elementos combustibles completos tamaño real.

Desde 1.992 hasta 1.994 se formula, se presenta y es aprobado proyecto de estudio de Siliciuros de Uranio U₃Si₂ para uso en Combustibles Nucleares de Alta Densidad.

En este tipo de combustible de realizaron desarrollos experimentales en los siguientes temas: Síntesis y caracterización de U₃Si₂; Fabricación de polvos de U₃Si₂ bajo especificaciones internacionales; Tecnología de fabricación de miniplacas U₃Si₂ - Al (3,4 - 4,3 gU/cm³); Estudio de interacción U₃Si₂- Al, a temperaturas elevadas. Finalmente se difundieron los resultados en publicaciones científicas del área nuclear.

En el período 1.994 - 1.995 se realizó el proceso de Licenciamiento del Proceso y de la Instalación, para lo cual se generaron los siguientes documentos:

• Informe de análisis de riesgos
• Informe de descripción de instalaciones
• Informe de descripción de operaciones
• Manual de calidad
• Manual de seguridad nuclear y radiológica
• Manual de procedimientos

Plan de Mantenimiento.

En la actualidad se realiza la fabricación de una carga completa de elementos combustibles en base a siliciuros de uranio para el reactor nuclear experimental de La Reina (RECH-1), utilizando uranio enriquecido al 19,75 % en U²³⁵

Información relevante

Actualmente se pueden destacar como logros de Combustibles y como actividades relevantes los siguientes tópico:

• Fabricación de elemento combustible experimental (Una placa real, 15 falsas)
• Fabricación de 4 elementos combustibles líderes
• 4 elementos combustibles líderes introducidos en el núcleo del reactor RECH-1
• Síntesis vía fusión metalúrgica y conminución de U₃Si₂ con uranio enriquecido para 30 elementos combustibles aproximadamente
• Fabricación de aproximadamente 300 placas combustibles bajo especificaciones
• Desarrollo de un completo sistema de control de calidad de placas y elementos combustibles, que incorpora técnicas de control de homogeneidad por densitometría, control dimensional y control de variables físicas, químicas y metalúrgicas
• Certificación de Calidad para la Fabricación de Elementos combustibles
• Objetivo: Certificar las actividades de fabricación de la Unidad de Combustibles bajo el estándar de calidad ISO 9.001, a fines del año 2.000
• Seguimiento de elementos combustibles líderes

Estas actividades se realizan, en su mayor parte por personal de operación del reactor RECH-1. Específicamente para evaluar la performance de los elementos combustibles líderes en el reactor RECH-1, se efectúan las siguientes tareas:

• Análisis de química y radioquímica de agua del reactor
• Cálculos neutrónicos, termohidráulicos de quemado
• Mediciones de temperatura de entrada y salida del agua en los E.C. líderes 1 y 2
• Pruebas de Sipping
• Inspecciones por observación visual mediante cámara digital y registro de imágenes

Adicionalmente se realizan proyectos de investigación en el área de materiales, con financiamiento de fondos concursables desarrollados en conjunto con universidades tradicionales.

Proyecciones

• Terminar la fabricación de los 50 elementos combustibles para el reactor RECH-1
• Conversión total de reactor RECH-1 de enriquecimiento medio (MEU) a bajo enriquecimiento (LEU)
• Desarrollar proyecto de optimización y desarrollo de combustibles, incluyendo automatización de etapas y mejoramiento de procesos
• Desarrollar combustibles de siliciuro de uranio con mayor densidad, hasta 4,8 gU/cm³
• Diseñar programas de interacción con institutos extranjeros para pruebas de irradiación

IPEN (Brasil), ANL, RERTR

• Desarrollo de nuevos materiales para combustibles de alta densidad: Aleaciones U- Mo

Objetivos Iniciales (metalúrgicos).

Estabilización de Fase Gamma.

Comportamiento en función de la temperatura.

Fabricación de polvos de U - Mo.

• Fabricación de elementos combustibles para el reactor RECH-2.

Pasando previamente por la realización de estudios neutrónicos y termohidráulicos, además de estudios paramétricos

• Se gestiona la calificación, abajo irradiación internacional de los combustibles fabricados por CCHEN a través de análisis y estudios a realizarse en reactores experimentales disponibles en Europa para estos propósitos

Autor: Sin datos

Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)