Thesis (MBA)--Stellenbosch University, 2006. / ENGLISH ABSTRACT: The International Energy Agency will for the first time in its 32 years history urge governments to speed up the construction of nuclear power plants. According to Fatih Birol, lEA chief economist, "the decision almost needs to be made tomorrow if we are going to act before we reach a point of no return in climate and security of supply." Nuclear energy, through the conversion and enrichment of uranium oxide, is one of the energy sources with the potential to make an immediate and substantial difference in the emission of greenhouse gasses. Uranium Oxide currently provides a cost effective and sustainable source of clean energy through nuclear power generation, directly comparable in price to gas and coal. With the growth of the world economy, comes a requirement for more energy. This can only be sustained through a number of sources, of which uranium and renewable sources of energy i.e. wind power generation, is part of. The supply of uranium oxide from production to conversion is key to the success of the uranium industry. The high energy potential of relative small quantities of uranium makes rt ideal to transport as the cost and handling is reduced. The transportation of uranium oxide is continuously increasing in complexity. This combined with a high price scenario, increased demand and supply shortages increases the risk associated with denial and delays of shipments. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die Internasionale Energie Agentskap gaan vir die eerste keer in die organisasie se 32-jaar geskiedenis' regerings aanspoor om die konstruksie van kemkragsentrales te bespoedig. Volgens Fatih Birol, IEA se hoof-ekonoom, "moet die besluit amper more geneem word as ons gaan reageer voor ons 'n punt van geen omdraai bereik het ten opsigte van die klimaat en sekuriteit van aanbod." Kernkrag, deur die omskakeling en verryking van uraanoksied, is een van die energie bronne met die potensiaal om 'n onmiddelike en substansiele verskil in die vrylating van groenhuis-gasse te maak. Uraanoksied verskaf huidiglik 'n koste effektiewe en volhoudbare bron van skoon energie deur kernkrag opwekking, direk vergelykbaar met steenkool en gas. Met die groei in die wereld ekonomie, kom die vraag na meer energie. Dit kan slegs volhoudbaar wees uit 'n aantal bronne waarvan uraan en hernubare bronne soos windkrag-opwekking, deel is. Die verskaffing van uraanoksied van produksie tot verryking is die sleutel tot die sukses van die uraan industrie. Die hoe energie potensiaal van relatiewe klein hoeveelhede uraan, maak dit geskik vir vervoer omdat die koste van vervoer en hantering verminder word. Die transportering van uraan oksied is voortdurend besig om in kompleksiteit toe te neem. Gekombineerd met 'n hoe prys senario, verhoogde vraag na en aanbodtekorte, verhoog die risiko verbind met wyering en vertragings in verskeping.

Três métodos de obtenção de pó de U3O8 de alta densidade foram estudados: trituração de pastilhas sInterizadas de U3O8; sinterização de grânulos de U3O8 calcinado; e sinterização de grânulos de diuranato de amônio (DUA). Testes foram conduzidos variando-se a temperatura e o tempo de calcinação do DUA, bem como o tempo de sinterização, resultando em dez lotes de U3O8. Os processos foram comparados em termos de características dos pós obtidos, rendimento granulométríco e número de etapas. O teor de impurezas, a área de superfície específica, a estequiometria, a morfologia, a densidade, a distribuição de porosidade e a identificação de fases foram considerados como parametros de caracterização dos pós. As principais conclusões mostraram que o segundo método (no qual o DUA foi calcinado a 600°C por 3h) forneceu os melhores resultados. Além disso, o terceiro método também produziu bons resultados, porém com dificuldades de manuseio do DUA. / Three preparation methods of high-density U3O8 powder have been studied: grinding of sintered U3O8 pellets, sintering of calcined U3O8 granules; and sintering of ammonium diuranate (ADU) granules. Experiments have been carried out varying ADU calcination time and temperature as well as sintering time, yielding ten U3O8 batches. Powder characteristics, granulometric yield, and number of process steps have been taken into account for comparison purposes. Impurity content, specific surface area, stoichiometry, morphology, density, porosity distribution and phase identification have been considered as parameters for powder characterization. The main conclusions show that the second method (following a 6000C/3h ADU calcination) gives the best results. Moreover, the third method gives also good results, but there were some difficulties with ADU handling.

Foram fabricadas amostras de placas combustíveis contendo núcleos de cermets U3O8-Al com concentrações de U3O8 variando de 10 a 90% em peso (3,4 a 55,5% em volume). Amostras contendo núcleos com 58% em peso de U3O8, foram fabricadas a partir de compactados com densidades variando de 75 a 95% da densidade teórica. É discutida a influência da concentração de U3O8 e da porosidade do compactado de partida sobre a porosidade e uniformidade da espessura do núcleo obtido. Os núcleos U3O8-Al foram submetidos a ensaios de corrosão por água deionizada nas temperaturas 30, 50, 70 e 90°C, onde os núcleos foram expostos através de um defeito artificial produzido no revestimento. Os resultados obtidos mostram que a corrosão dos núcleos é acompanhada pela liberação de hidrogênio. O volume total de hidrogênio liberado (V) e o tempo transcorrido até que seja observado o início da liberação de hidrogênio (tempo de incubação ti, são dependentes da porosidade do núcleo e da temperatura absoluta (T), podendo ser descritos pelas equações: V = K1 eα1 P - K2 T eα2 P e ti = eK1 + K2 P + K3 / T + K4 P / T onde P é a fração volumétrica de vazios (porosidade) e K1, K2, K3,K4, α1 e α2 são constantes. É proposto e discutido um mecanismo para o processo de corrosão de núcleos U3O8-Al. O revestimento das amostras de placas combustíveis foi submetido a ensaios de corrosão sob condições similares às encontradas no reator IEA-R1 operando às potências de 2 MW, 5 MW e 10 MW. Foi verificado o efeito da presença de heterogeneidades superficiais e de um tratamento de limpeza química sobre o comportamento da corrosão do revestimento. Os resultados obtidos mostram que a corrosão é regulada pela dissolução/erosão da camada de óxido formada e segue lei linear para as três condições de testes e que a presença de heterogeneidades superficiais ou o tratamento de limpeza química não alteram significativamente a corrosão do revestimento para tempos de exposição de até 20 dias. Estão apresentadas as velocidades de corrosão e as espessuras das camadas de óxido observadas nos três ensaios efetuados. Não foi observado ataque localizado significativo. / Fuel plate specimens containing U3O8-Al cermet cores were fabricated with the U3O8 concentration varying between 10 and 90% by weight (3.4 to 55.5% in volume). Fuel plate specimens containing 58% U3O8 by weight were also fabricated from compacts with densities varying between 75 and 95% of the theoretical density. The influence of U308 concentration and porosity of the initial compact on the porosity and uniformity of thickness of the core are discussed. The U3O8-Al cores were corrosion tested in deionized water at 30, 50, 70 and 90°C, where in the cores were exposed to the deionized water by means of an artificially produced cladding defect. The results indicate that core corrosion is accompanied by hydrogen evolution. The total volume of hydrogen evolued (V) and the time to initiation of hydrogen evolution (incubation time ti), vary with the porosity of the core and temperature (T), according to equations: V = K1 eα1 P - K2 T eα2 P e ti = eK1 + K2 P + K3 / T + K4 P / T where P is the volumetric fraction of pores and K1, K2, K3,K4, α1 e α2, are constants. A mechanism for the U3O8-Al core corrosion has been proposed and discussed. The cladding of the fuel plats specimens was also corrosion tested under conditions similar to those encountered in the IEA-R1 reactor operating at 2, 5 and 10 MW. The effect of the presence of surface heterogeneities and a chemical surface treatment on the corrosion behavior of the cladding have been studied. The results reveal that the corrosion is regulated by dissolution/erosion of the oxide layer, and follows a linear law under the three test conditions. The presence of surface heterogeneities or the chemical surface treatment did not significantly alter the cladding corrosion for test times of up to 20 days. The corrosion rates and the oxide layer thicknesses observed under the three test conditions are also presented. No significant localized attack was observed.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:32:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 02353.pdf: 2378392 bytes, checksum: 057496400e142b206f0a466480d00c7a (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

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Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / No ciclo do combustível nuclear as etapas de reprocessamento e estocagem do combustível queimado, seja ela de modo provisório ou definitivo, demandam um alto custo além de problemas ambientais. Uma estratégia para minorar estes problemas é adoção de medidas que diminuam a quantidade de rejeitos. A utilização de veneno queimável integrado a base de gadolínia é uma medida que contribui para esse objetivo. A função do veneno queimável é controlar a população de nêutrons no início da vida do reator ou no início do ciclo de queima de cada recarga do combustível, podendo prolongar o tempo de recarga do combustível, além de se poder operar o reator com maiores taxas de queima, otimizando com isso o uso do combustível. O processo de fabricação de pastilhas de veneno queimável integrado UO2-Gd2O3, gera rejeito que, na medida do possível, deve ser reaproveitado. A incorporação do Gd2O3 no UO2 exige a utilização de um aditivo para que a densidade especificada das pastilhas de combustível seja obtida. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento do processo de obtenção do veneno queimável integrado UO2 - 7%Gd2O3 com o auxílio do aditivo de densificação, hidróxido de alumínio (Al(OH)3) e reutilizando-se os rejeitos do processo de fabricação, via mistura mecânica. O teor de 7 % de Gd2O3 está fundamentado para a concepção do tipo de reator PWR como, por exemplo, Angra 2. Os resultados mostram que o aditivo (Al(OH)3) é muito eficiente para promover a densificação das pastilhas com reciclo de até 10 %, e que a 5 concentração de 0,20 % de (Al(OH)3) é o valor indicado em escala industrial, principalmente quando se reutiliza o rejeito na forma de U3O8 obtido da calcinação de pastilhas sinterizadas. Isto é particularmente interessante, pois é após as etapas de sinterização e retificação das pastilhas, que se tem a geração do maior volume de rejeito. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:10:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O IPEN/CNEN-SP fabrica combustíveis para uso no seu reator nuclear de pesquisas, o IEA-R1. Para qualificar os seus combustíveis tem que comprovar o bom desempenho destes sob irradiação. Como o Brasil não possui reator nuclear de pesquisa com altos fluxos de nêutrons ou células quentes apropriadas para a realização de exames pós-irradiação de combustíveis nucleares, o IPEN/CNEN-SP conduziu um programa de qualificação operacional de elementos combustíveis empregando compostos de urânio já internacionalmente testados sob irradiação e qualificados para uso em reatores de pesquisas, obtendo experiência nas etapas de desenvolvimento tecnológico de fabricação de placas combustíveis, irradiação e ensaios não destrutivos pós-irradiação. Foram fabricados e irradiados diretamente no núcleo do IEA-R1, com sucesso, elementos combustíveis contendo dispersões com baixas frações volumétricas de combustível. Entretanto, existem planos no IPEN/CNEN-SP para aumentar a densidade de urânio dos seus combustíveis. O objetivo deste trabalho de tese consistiu no estudo e proposição de aplicação de um conjunto de métodos não destrutivos para a qualificação dos combustíveis a dispersão de U3O8-Al e U3Si2-Al com alta densidade de urânio fabricados no IPEN/CNEN-SP. Para tanto, foram considerados os recursos de irradiação e a aplicação, na piscina do reator IEA-R1, de métodos não destrutivos disponíveis na Instituição. A proposta consiste em especificar, fabricar e irradiar miniplacas combustíveis, nas densidades máximas já qualificadas internacionalmente e efetuar acompanhamento das condições gerais das mesmas, ao longo do período de irradiação, por meio de métodos não destrutivos na piscina do reator. Além dos métodos de inspeção visual e de sipping já empregados na Instituição, foi concluída a infraestrutura para realização de ensaios dimensionais sub-aquáticos para a avaliação do inchamento das miniplacas combustíveis irradiadas. As análises dos resultados darão subsídios para avaliar e decidir a continuidade ou não das irradiações das miniplacas, até que sejam alcançadas as queimas estipuladas para os testes de irradiação no IEA-R1. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP