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Interdifusión U y Zr entre el combustible nuclear y el recubrimiento

Nuclear fuel and cladding
El programa internacional VERDON-ISTP tiene por objeto estudiar y reducir los riesgos de las emisiones medioambientales de los productos radioactivos en caso de accidentes nucleares graves. Entre otras, varias pruebas consisten en calentar pastillas de combustible a temperaturas muy altas con el fin de monitorear la liberación de productos de fisión. Los datos experimentales sobre la microestructura y la composición química del combustible nuclear en la atmósfera final (oxidación o reducción) se pueden integrar en códigos de escenarios para predecir de mejor manera su comportamiento en caso de accidentes.

Al ofrecer un entorno seguro para manipular y analizar muestras radioactivas y entregar información sobre su composición a partir de áreas submicrométricas con excelente precisión y exactitud, el EPMA blindado es la herramienta a elegir para caracterizar la distribución y la composición química de productos de fisión en las distintas fases.
En esta serie particular de pruebas, permitió observar las interacciones que ocurren entre el combustible nuclear y el material de recubrimiento. Como se mostró anteriormente, en condiciones de oxidación, la interdifusión de U y Zr ocurre en la interfaz entre el combustible y el recubrimiento. Los perfiles cuantitativos producidos en esta área revelan una distancia de interdifusión superior a, aproximadamente, 70 µm.

El EPMA blindado también se empleó para analizar con precisión una zona fundida (U, Pu, Zr)O2 que penetra en la grieta de una pastilla en la atmósfera reductora e investigar el impacto de la atmósfera en la especiación de productos de fisión (“inclusiones blancas” compuestas de Mo, Ru, Rh, Pd y Tc metálicos).

Datos de CEA Cadarache, Francia (CEA / DEN / DEC / SA3E)
Le Gall et al., Journal of Nuclear Materials 530 (2020) 151948
Le Gall et al., Journal of Nuclear Materials 531 (2020) 152015