Diffusion and reaction-diffusion in the Er-Nb-Zr system
- 1. Instituto Sabato, San Martín, Buenos Aires, Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) - Universidad Nacional de San Martín (UNSAM), Universidad Nacional de Tres de Febrero - UNTREF, Buenos Aires (Argentina)
- 2. Instituto Sabato, San Martín, Buenos Aires, Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) - Universidad Nacional de San Martín - UNSAM, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas - CONICET, Buenos Aires (Argentina)
- 3. Instituto Sabato, San Martín, Buenos Aires, Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) - Universidad Nacional de San Martín - UNSAM (Argentina)
- 4. Instituto Sabato, San Martín, Buenos Aires, Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) - Universidad Nacional de San Martín - UNSAM, Universidad Nacional de Tres de Febrero (UNTREF), Buenos Aires, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas - CONICET, Buenos Aires (Argentina)
Description
In the context of increasing the burn level in nuclear power generation, the incorporation of burnable poisons in the alloys of the sheaths that compose the fuel elements is presented. In particular, the incorporation of Er, one of the so-called rare earths, was studied as a burnable poison in Zr base alloys. Given the lack of diffusive data on the Er-Nb-Zr system the present work focused on providing basic information for the understanding of the metallurgical processes involved in the formation of the Er-Zr alloy and its subsequent interaction with the different layers that constitute the fuel element, considering the mobility of alloys such as Nb. In the first stage of technological interest, the interdiffusion of the following systems was studied, based on two sample arrangements: Zr20% Nb / Er / Nb and Zr2.5% Nb / Er / Zy4. They were heat treated at 1000 °C for 3 months. Then, the Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) technique was used to measure the interdiffusion profiles, as well as XRD to identify the present phases, implementing a successive step measurement method to enable the characterization of the entire interface area. In particular, diffusion of Er in the Zr2.5%Nb alloy and diffusion profiles were made at infinite dilution at 900 °C using the LIBS technique. In addition, a characterization of the pure Er used was performed. It involved a metallographic inspection and an impurities analusis through scanning electron microscopy (SEM) mapping and X-ray fluorescence (FRX), and it was possible to determine the presence of Ta. In turn, an analysis of Er characteristic emission spectrum was performed by LIBS technique. (author)
Abstract (Spanish)
En el marco de aumentar los niveles de quemado en la generación de energía nucleoeléctrica se presenta la incorporación de venenos quemables en las aleaciones de las vainas que componen los elementos combustibles. En particular, se estudió la incorporación de Er, una de las llamadas tierras raras, como veneno quemable en aleaciones base Zr de uso nuclear. Ante la falta de datos difusivos sobre el sistema Er-Nb-Zr el presente trabajo se centró en proporcionar información básica para la comprensión de los procesos metalúrgicos implicados en la formación de la aleación Er-Zr y su posterior interacción con las diferentes capas que constituyen el elemento combustible, considerando la movilidad de aleantes como el Nb. Se estudió, en una primera etapa de interés tecnológico, la interdifusión de los siguientes sistemas, a partir de dos arreglos de muestras sujetas por prensas: Zr20%Nb/Er/Nb y Zr2.5%Nb/Er/Zy4. Los mismos fueron tratados térmicamente a 1000°C durante 3 meses. Luego, se utilizó la técnica LIBS para medir los perfiles de interdifusión, así como DRX para identificar las fases presentes, implementó un método de mediciones por pasos sucesivos para posibilitar la caracterización de toda la zona de la interfaz.En particular, se estudió la difusión de Er en la aleación Zr2,5wt%Nb y se realizaron perfiles de difusión a dilución infinita a 900 °C mediante la técnica Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Además, se realizó una caracterización del Er puro con el cual se trabajó. La misma involucró una inspección metalográfica y un análisis de impurezas mediante mapeos en Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Fluorescencia de Rayos X (FRX), pudiendo determinar la presencia de Ta. A su vez, se realizó un análisis del espectro característico de emisión del Er mediante la técnica LIBS. (author)Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (Spanish)
- Difusión y reacción-difusión en el sistema Er-Nb-Zr
Publishing Information
- Publisher
- AATN
- Imprint Place
- Buenos Aires (Argentina)
- Imprint Title
- XLII Annual meeting of the Argentine Association of Nuclear Technology (AATN 2017)
- Imprint Pagination
- [vp.]
- Journal Page Range
- 11 p.
- Report number
- INIS-AR-C--1910
Conference
- Title
- 44. Annual meeting of the Argentine Association of Nuclear Technology: Argentine Nuclear Sector. Leading innovation, yesterday, today and forever. Future strategies
- Original Conference Title
- AATN 2017: 44. Reunión anual de la Asociación Argentina de Tecnología Nuclear: Sector Nuclear Argentino. Liderando la innovación, ayer hoy y siempre. Futuras estrategias
- Acronym
- AATN 2017
- Dates
- 23-27 Oct 2017
- Place
- Buenos Aires (Argentina)
INIS
- Country of Publication
- Argentina
- Country of Input or Organization
- Argentina
- INIS RN
- 52078571
- Subject category
- S11: NUCLEAR FUEL CYCLE AND FUEL MATERIALS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Conference
- Descriptors DEI
- BURNABLE POISONS; BURNS; DIFFUSION; ERBIUM; FUEL ELEMENTS; FUELS; NIOBIUM ALLOYS; POWER GENERATION; RARE EARTHS; ZIRCONIUM ALLOYS
- Descriptors DEC
- ALLOYS; DISEASES; ELEMENTS; INJURIES; MATERIALS; METALS; NEUTRON ABSORBERS; NUCLEAR POISONS; RARE EARTHS; REACTOR COMPONENTS; REACTOR MATERIALS; TRANSITION ELEMENT ALLOYS
Optional Information
- Notes
- 6 refs., 10 figs. Imprint:XLII Reuni#Latin Small Letter O With Acute#n anual de la Asociaci#Latin Small Letter O With Acute#n Argentina de Tecnolog#Latin Small Letter I With Acute#a Nuclear (AATN 2017)