Published October 1975 | Version v1
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Investigations of the ternary uranium-zirconium-oxygen system

Description

The boundaries of the phase fields in the U-Zr-O system was determined by means of specimens prepared under a powder metallurgical method at 1,000, 1,500 and 2,0000C. It appears that the UO2-Zr section corresponding to the contact in LWR's between fuel and cladding is not quasi-binary but that UO2, α-Zr(O) and the (γ-U, β-Zr) solid solution occur as equilibrium phases at lower temperatures and (U, Zr)O2 and melt, respectively, at elevated temperatures. UO2, α-Zr(O) and 30 at.% oxygen are in equilibrium. The eutectic temperature in the α-Zr(O)-UO2 quasi-binary system is 1,800 +- 200C, the distectic temperature at 2,4000 +- 300C. The beginning of melting in the UO2-ZrO2-U-Zr subsystem of the U-Zr-O system was observed with an apparatus used for evaluation of the melting point. With the aid of high-temperature X-ray diffractometry of Zr-O specimens and considering all literature data an improved Zr-O equilibrium diagram is proposed. According to the investigation, the U-Zr-O system is decisive for understanding the interaction between UO2 (fuel) and Zry (cladding). In the course of LWR fuel pin meltdown first liquid phases are already formed below 1,5000C. (orig.)

Availability note (English)

MF available from INIS under the Report Number.

Abstract (German)

Mit pulvermetallurgisch hergestellten Proben wurde die Phasenfeldaufteilung bei 1.000, 1.500 und 2.0000C im System U-Zr-O ermittelt. Es zeigt sich, dass der Schnitt UO2-Zr, der dem Kontakt Brennstoff-Brennelementhuelle beim LWR entspricht, nicht quasibinaer ist, sondern dass als Gleichgewichtsphasen UO2, α-Zr(O) und (γ-U, β-Zr)-Mischkristall bei tieferen, bzw. (U, Zr)O2sub(-x) und Schmelze bei hoeheren Temperaturen auftreten. Ein Gleichgewicht existiert zwischen α-Zr(O) mit 30 At.% O und UO2. Die eutektische Temperatur im quasibinaeren System α-Zr(O)-UO2 liegt bei 1.800 +- 200C, die distektische bei 2.400 +- 300C. Mit Hilfe einer Schmelzpunktbestimmungsapparatur wurde der Schmelzbeginn im Teilsystem UO2-ZrO2-U-Zr des Systems U-Zr-O beobachtet. Durch zusaetzliche Hochtemperatur-Roentgendiffraktometrie von Zr-O-Proben, sowie unter Beruecksichtigung aller Literaturdaten wird ein verbessertes Zr-O-Zustandsdiagramm vorgeschlagen. Die Untersuchung ergab, dass das System U-Zr-O entscheidend fuer das Verstaendnis der Wechselwirkung UO2 (Brennstoff) und Zry (Huelle) ist. Beim Abschmelzen von LWR-Brennstaeben entstehen bereits unterhalb 1.5000C erste fluessige Phasen. (orig.)

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Original title (German)
Untersuchungen im Dreistoffsystem Uran-Zirkon-Sauerstoff

Publishing Information

Imprint Pagination
53 p.
Report number
KFK--2167

Optional Information

Notes
43 figs.; 42 refs.