This study concerns four high performance structural alloys designed to withstand the extreme temperature and irradiation environment inside fusion and fission fast breeder reactors: two Reduced Activation Ferritic Martensitic (RAFM) steels (Fe-14wt%Cr and a European standard alloy EUROFER97) and two equivalent Oxide Dispersion Strengthened (ODS) steels (Fe-14wt%Cr ODS (CEA ODS) and EUROFER ODS). Neutron irradiation of the samples was impractical due to timescale and specific handling requirements for radioactive samples. Instead, ion implantation was used to simulate the helium and damage of neutron irradiation. Samples of each alloy were subjected to a range of ion implantations: 75appm He, 2000appm He, 2000appm He + 4.5dpa Fe and 2000appm Ne. The matrix of four materials and five implantation conditions was analysed using the following experimental techniques: nanohardness indentation, Vickers hardness testing, micropillar compression, microcantilever bending, transmission electron microscopy (TEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). These techniques were used to compare the properties of the unimplanted materials and their response to implantation. Yield stress (σ_y) was comparable across hardness testing and microcantilever bending, and consistently showed σ_y Fe-14wt%Cr < EUROFER < EUROFER ODS < CEA ODS. When subject to helium implantation, 75appm He caused insignificant changes in σy while 2000appm He increased σ_y in all materials. This increase was most significant in Fe-14wt%Cr due to its low grain boundary density and lack of oxide/carbide particles. The particle dispersions in the other materials act as helium traps, preventing the formation of TEM visible bubbles and reducing the hardening effects of the helium. Across all results it becomes clear that, although not to the degree of the ODS materials, EUROFER is more radiation resistant than Fe-14wt%Cr. It therefore appears that it is the presence of a complex microstructure including small grains and a distribution of oxide or carbide particles, rather than the specific inclusion of oxide nanoparticles, that provides RAFM steels with superior irradiation resistance properties.

O objetivo dessa dissertação foi analisar a influência de possíveis reações de fusão nuclear quando elementos leves, definidos como alvos são adicionados ao combustível nuclear. A energia cinética dos produtos de fissão, na concepção desse estudo, é utilizada para vencer a repulsão elétrica entre os núcleos. Para esse trabalho foram considerados a adição de hidrogênio, deutério, lítio e berílio em fração mássica de 0,30. A escolha desses elementos foi realizada através da análise da energia de ligação, do número atômico e das seções de choque experimentais de fusão. A avaliação da fusão nuclear foi realizada via principio da incerteza, pois não há um modelo que pudesse cobrir um grande número de reações possíveis. A probabilidade de reação foi aproximada como uma função da probabilidade de um produto de fissão encontrar determinado elemento leve. Adicionalmente foram calculados os tempos de freamento eletrônico para os produtos de fissão com isso verificou-se que a escala de freamento não representa limitação para a fusão. A principal alteração, devido à adição dos alvos, foi na distribuição dos tempos de meia vida dos produtos de fissão, na direção de maiores tempos. A alteração nessa grandeza indica que é possível reduzir a atividade média do rejeito nuclear, em especial o de alto nível de radioatividade, tornando sua manipulação mais segura. Os alvos de hidrogênio e lítio apresentaram os melhores resultados para o aumento do tempo de meia vida médio dos produtos de fissão, conseguindo altera-la em média duas ordens de grandeza. Outras alterações, que não foram alvo desse estudo, são esperadas devido à inserção desses alvos, como por exemplo, na cinética. / The objective of this dissertation was to analyze the influence of possible nuclear fusion reactions when light elements, defined as targets are added to the nuclear fuel. The kinetic energy of the fission products, in the conception of this study, is used to overcome the electrical repulsion between the nuclei. For this work were considered the addition of hydrogen, deuterium, lithium and beryllium in mass fraction of 0.30. The choice of these elements was performed by analyzing the binding energy, the atomic number and experimental fusion cross sections. The assessment of fusion was performed via the uncertainty principle, since there is no model that could cover a large number of possible reactions. The probability of reaction was approximated as a function of the probability of fission product find a particular light element. Additionally times were calculated for the electronic stopping fission products where was found that scale of stopping does not impose limits on fusion. The main change due to the addition of the targets was the distribution of halflives of the fission products, towards longer times. The change in this magnitude indicates that it is possible to reduce the average activity of the nuclear waste, in particular the high level of radioactivity, making handling safer. The targets of hydrogen and lithium showed the best results for increasing the half-life of the average fission products, managing change a on the average of two orders of magnitude. Other modifications, which were not discussed in this study, are expected due to the insertion of these targets, e.g. kinetics.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-12-16Bitstream added on 2014-06-13T19:33:37Z : No. of bitstreams: 1 nakasuga_wm_me_rcla.pdf: 1104050 bytes, checksum: 7b62a9ce4f59dc522bbfdb33e9faeb9e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / No presente trabalho foram efetuados estudos sobre o annealing dos traços de fissão em epídoto. Os experimentos foram feitos aquecendo-se o mineral por tempos de 1, 10 e 100 horas, variando a temperatura de 350 a 950°C. Os resultados obtidos foram curvas de annealing tanto para comprimento como para densidade dos traços. Os dados de comprimento dos traços de fissão foram utilizados para obter os parâmetros do modelo de cinética de annealing para o epídoto. O modelo utilizado foi o proposto pelo grupo de Cronologia da UNICAMP. Cálculos baseados nesses ajustes conduziram a uma previsão de zona de annealing parcial (ZAP) entre 218 a 588°C (para 1 Ma). Quando unidos com os dados de annealing para epídoto de Curvo (2005) a zona de annealing parcial prevista varia de 218 a 487°C (para 1 Ma). Esses valores situam a ZAP para tracos de fissão armazenados no epídoto acima da ZAP para a apatita e sobreposta a ZAP do zircão (possuindo, contudo o limite superior da ZAP acima da do zircão). Uma nova curva de ataque químico foi confeccionada com intenção de se utilizar uma menor temperatura do reagente (15°C, 40% HF). Nove pontos de ataque químico foram realizados, em tempos que variam de 30 a 110 minutos. O tempo estabelecido como ótimo foi 80 minutos. Realizou-se também, uma tentativa de datação de uma amostra de fratura localizada nas redondezas do município de Curitiba. A idade aparente encontra da foi de 240±209 Ma / This paper presents studies conducted on the annealing of fission tracks in the epidote. The experiments were done by heating the mineral in time periods of 1, 10 and 100 hours, varying the temperature between 350 and 950°C.The results obtained were annealing curves both for length and for density of the fission tracks. The length data of the fission tracks were used to obtain the parameters for the annealing kinetics model of the epidote. The kinetic model for fission track used was the one proposed by the UNICAMP Chronology group. The mathematical calculations based on these adjustments led to a prediction of a partial annealing zone (PAZ) between 218 and 588°C (for 1 Ma).When united with the data for epidote annealing from Curvo (2005) the partial annealing zone varies from 218 to 487°C (for 1 Ma).These values situate the epidote PAZ above the apatite PAZ and having an intersection with the zircon one (presenting however an upper limit superior to the zircon PAZ).A new etching curve was measured aiming at a lower reagent temperature (15°C, 40% HF). Nine etching points were carried out in time periods ranging from 30 to 110 minutes. The optimal etching time was 80 minutes. An attempt to date an epidote fracture sample located near the city of Curitiba was also conducted. The dating provided the apparent age of 240±209 Ma

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-07-01Bitstream added on 2014-06-13T19:13:15Z : No. of bitstreams: 1 genaro_dt_me_rcla.pdf: 1913488 bytes, checksum: d38982dfe49d9543cd9f8cb6a5bb90f7 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O Rift Continental do Sudeste do Brasil representa uma importante feição geológica, tanto por seu potencial econômico (areias, argilas, turfas e hidrocarbonetos), quanto para fins de estudos geológicos, pois trata-se de uma estrutura, de graben e horts, preservada e que não se encontra recoberto por águas, o que facilita suas pesquisas. Este estudo compreende a aplicação de análises termocronológicas por traços de fissão, em apatitas e zircões, com o intuito de verificar mudanças nos padrões térmicos que causaram alterações no ambiente, soerguimentos tectônicos, alçamento de isotermas e denudações. Utilizando para isto amostras coletadas em três bacias do segmento central (Taubaté, Resende e Volta Redonda). As idades obtidas remontam uma história complexa do ponto de vista evolutivo da região sudeste do Brasil, desde o Cretáceo Inferior, com o início do processo de quebramento do Continente Gondwana, passando por registros associados a intrusões alcalinas e um soerguimento regional, no início do Cretáceo Superior e finalmente entre o Paleoceno-Eoceno é resgatado o período em que ocorreu todo o processo de abertura do Rift Continental do Sudeste do Brasil (RCSB) e alterações em seu entorno. A disposição geral das idades por traços de fissão evidencia um envelhecimento em direção ao interior do continente, porém amostras muito próximas ao RCBS mostram um rejuvenescimento, possivelmente em função de um evento tectônico que culminou no surgimento das depressões que geraram as bacias deste rift. Cálculos de taxas de soerguimento e exumação mostram que os eventos foram intensificados durante o Cretáceo, aumentando consideravelmente os valores de soerguimento e exumação em períodos mais recentes. Com base nos resultados dos altos estruturais... / The Continental Rift of southeastern Brazil is an important geological feature, both for its economic potential (sand, clay, turfs and oil), as for geological studies, because it is a structure of graben and horsts, preserved and which is not covered by water, which facilitates their resources. This study includes the application of analysis of fission tracks in apatites and zircons, for determine changes in thermal patterns that a caused change in the environment, tectonic’s uplift, rises isotherms and denudations. Making use of samples collected in three basins of the central segment (Taubaté, Resende and Volta Redonda). The ages obtained a complex history dating back from the rolling region of southeastern Brazil, from the Lower Cretaceous, with the beginning of the Gondwana break, through records associated with alkaline intrusions and a strong uplift at the beginning of the Upper Cretaceous. Finally between Paleocene-Eocene is identified the time (interval) that happened all the process of opened the Brazilian Southern Continental Rift (RCSB) and changes around this structure. The general features of the age of fission shows an aging toward the interior of the continent, but samples near of RCBS shows a ages that have a rejuvenescence, possibly for apparition of basin of rift. Calculations of rates of exhumation and uplift show that the events have been intensified during the Cretaceous, increasing considerably the values in recent periods. Based on the results of high internal structural supports and between the basins, our agree ... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2003-12-12Bitstream added on 2014-06-13T19:42:57Z : No. of bitstreams: 1 ribeiro_lfb_dr_rcla.pdf: 2783705 bytes, checksum: e1a426bdf710fbec9239ad48c9b2b00a (MD5) / O embasamento cristalino precambriano no sudeste do Brasil registra uma história tectônica fanerozóica que compreende uma série de reativações tectônicas caracterizadas por soerguimentos, subsidências e reativações de falhas. Para quantificar, datar e associar estas reativações com os eventos tectônicos regionais foram realizadas análises de caráter multidisciplinar, que consistem em reconhecimento de superfície erosivas, bem como delimitação e reconhecimento de depósitos correlativos. Com o intuito de reconhecer e quantificar feições de caráter rúptil, foi realizada análise dinâmica de falhas que inclui paleotensões e reconhecimento da rugosidade de clastos. A interação destas metodologias necessitou de uma associação temporal dos eventos, para isto foi feita datações pelo método Ar/Ar em material de falha e traços de fissão em apatitas próximo a falhas. Os resultados do campo de esforços com a geomorfologia permitiram definir cinco domínios morfoestruturais principais, onde foram registrados antigos eventos tectônicos recorrentes ao longo do Fanerozóico. Estes domínios foram denominados de acordo com o reconhecimento geográfico já proposto para a área, assim temos: A serrania de São Roque, O Planalto de Jundiaí, Mantiqueira Ocidental e Depressão de Cambuí e Planalto de Campos do Jordão. Os episódios tectônicos associados a estes domínios estão relacionados a soerguimentos e nos domínios Serrania de São Roque e Planalto de Jundiaí a geração e deformação de materiais de falha (pseudotaquilitos). Estes soerguimentos preservaram paleosuperfícies erosivas em cotas mais altas, que são indicativas de antigos ciclos de erosão, estas são observadas, principalmente nos domínios Mantiqueira Ocidental e Planalto de Campos do Jordão... / Phanerozoic tectonic histories of basement is registred many reactivations of faults, uplifts and subsidence. To quantify, dater and to associate this reactivations with tectonics events are multidisciplinary analyses, consists relief analysis, paleostress analysis, and structural analysis of faults, fission track and Ar/Ar ages. The results to permit subdivide area in five domains, to registry uplift and reactivation of faults. This faults to origin pseudotachylytes, these rocks . The uplift to basement relation with subsidence of Parana basin showing one complex relation between the basement and the deposition of Parana basin. The evolution of this basin seems to have been strongly influenced by compressive and distensive events associated to the subduction of Panthalassan plate under the southwestern, Gondwana margin, reflected as important unconformities in the stratigraphic framework of the Parana basin the elucidation of the uplift and denudation histories of the basement shield is crucial to the understanding of these tectonics effects.

abstract: Fission products in nuclear fuel pellets can affect fuel performance as they change the fuel chemistry and structure. The behavior of the fission products and their release mechanisms are important to the operation of a power reactor. Research has shown that fission product release can occur through grain boundary (GB) at low burnups. Early fission gas release models, which assumed spherical grains with no effect of GB diffusion, did not capture the early stage of the release behavior well. In order to understand the phenomenon at low burnup and how it leads to the later release mechanism, a microstructurally explicit model is needed. This dissertation conducted finite element simulations of the transport behavior using 3-D microstructurally explicit models. It looks into the effects of GB character, with emphases on conditions that can lead to enhanced effective diffusion. Moreover, the relationship between temperature and fission product transport is coupled to reflect the high temperature environment. The modeling work began with 3-D microstructure reconstruction for three uranium oxide samples with different oxygen stoichiometry: UO2.00 UO2.06 and UO2.14. The 3-D models were created based on the real microstructure of depleted UO2 samples characterized by Electron Backscattering Diffraction (EBSD) combined with serial sectioning. Mathematical equations on fission gas diffusion and heat conduction were studied and derived to simulate the fission gas transport under GB effect. Verification models showed that 2-D elements can be used to model GBs to reduce the number of elements. The effect of each variable, including fuel stoichiometry, temperature, GB diffusion, triple junction diffusion and GB thermal resistance, is verified, and they are coupled in multi-physics simulations to study the transport of fission gas at different radial location of a fuel pellet. It was demonstrated that the microstructural model can be used to incorporate the effect of different physics to study fission gas transport. The results suggested that the GB effect is the most significant at the edge of fuel pellet where the temperature is the lowest. In the high temperature region, the increase in bulk diffusivity due to excess oxygen diminished the effect of GB diffusion. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Materials Science and Engineering 2014

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 00041.pdf: 937519 bytes, checksum: 0151bbc43f38095f9eb0ca2ae90edfda (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Escola Politecnica, Universidade de Sao Paulo - POLI/USP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:31:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01361.pdf: 1522307 bytes, checksum: b74e8b9a7d0ad61777cccfdf600d06b8 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:31:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01384.pdf: 2416793 bytes, checksum: d7f6d04662fa58ed263bcc98f6c2bb7c (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP