With respect to nitrides being considered as potential fast reactor fuels, research is conducted on the out-of-pile thermophysical properties, sintering and fabrication processes, gas migration mechanisms, self-diffusion and point defect behaviour of actinide nitrides, their surrogate materials, and the inert matrix material ZrN . The experimental research, carried out in the framework of qualifying fuel for the European Lead Cooled Training Reactor (ELECTRA), shows that sintered ZrN and (Dy,Zr)N pellet densities are influenced by the oxygen concentration in the material. The effect is confirmed in sintered (Pu,Zr)N pellets. Oxygen concentration also plays a role in the thermophysical properties of inert matrix nitride fuels, but does not have an impact on the electrical properties of these materials. With the fuel fabrication methods applied here, clean nitride powders can be synthesized. However, the subsequent fabrication phases, including milling and solid solution formation, increases the impurity levels significantly. Research of equal importance is performed on materials free of fabrication-induced impurities, whose properties are studied by employing first-principles methods. ZrN, UN and (U,Zr)N are studied, whereas the results from ZrN are expected to be applicable for actinide nitrides as a first approximation. The migration of noble gases in ZrN, on the atomic scale, confirms the experimentally observed tendency for noble gases with higher atomic number to be retained in the fuel matrix, while the majority of He is released to the fuel pin. Materials modelling implies that self-diffusion of nitrogen and metal atoms in inert matrix nitride fuels is accelerated under irradiation, since noble gas retention reduces migration barriers which govern self-diffusion. Unlike Kr and Xe, He has the capacity to be released into the fuel matrix, after having been trapped in a vacancy. The results are expected to aid in providing an explanation to the macroscopic diffusion phenomena in nitride fuels, as the diffusion behaviour of noble gases is sparsely studied. In addition, a study on the miscibility of ZrN and UN in a narrow composition range suggests solubility, based on the negative mixing energies. The results obtained from research on inert matrix nitride fuel underline several beneficial properties which are desirable in a fast reactor fuel. The relevance of these results is analyzed and contextualized in the thesis, from the perspective of current research and development in the field. / <p>QC 20130611</p>

O trabalho apresenta uma aplicação da ferramenta metodológica conhecida como FMEA (Failure Mode Effect Analysis) ao processo de identificação de aspectos e impactos ambientais. Tal processo é parte importante na implantação e na manutenção de Sistemas de Gestão Ambiental (SGA), baseados na norma NBR ISO 14001. Além disso, pode contribuir, de forma complementar, para a avaliação e aperfeiçoamento da segurança nuclear da instalação analisada. Como objeto de estudo elegeu-se o Centro de Combustíveis Nucleares (CCN) do IPEN/CNEN-SP, localizado junto ao Campus da Universidade de São Paulo-Brasil, destinado à realização de pesquisas científicas e à produção de elementos combustíveis para o Reator IEA-R1. A partir de um levantamento sistemático de dados, obtidos por meio de entrevistas, documentos e registros operacionais foi possível identificar os processos, suas interações e atividades, cuja análise permitiu definir os diversos modos de falhas potenciais, as respectivas causas e conseqüências para o meio ambiente. Como resultado da avaliação criteriosa dos modos causas foi possível identificar e classificar os principais impactos ambientais potenciais, que constitui uma etapa essencial para a implantação e manutenção de um Sistema de Gestão Ambiental para a instalação em estudo. Os resultados obtidos permitiram demonstrar a validade da aplicação da técnica FMEA aos processos de instalações nucleares, identificando aspectos e impactos ambientais, cujos controles são essenciais para a obtenção da conformidade com os requisitos ambientais do Sistema de Gestão Integrada do IPEN (SGI). Contribuíram também para fornecer uma ferramenta gerencial poderosa para a solução de questões relacionadas ao processo de atendimento de exigências legais aplicáveis no âmbito da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) e do Instituto Brasileiro do Meio Ambiente (IBAMA). / This work presents an application of Failure Mode Effect Analysis (FMEA) to the process of identification of environmental aspects and impacts as a part of implementation and maintenance of an Environmental Management System (EMS) in accordance with the NBR ISO 14001 standard. Also, it can contribute, as a complement, to the evaluation and improvement of safety of the installation focused. The study was applied to the Nuclear Fuel Center (CCN) of Nuclear and Energy Research Institute (IPEN), situated at the Campus of University of Sao Paulo, Brazil. The CCN facility has the objective of promoting scientific research and of producing nuclear fuel elements for the IEA-R1 Research Reactor. To identify the environmental aspects of the facility activities, products, and services, a systematic data collection was carried out by means of personal interviews, documents, reports and operation data records consulting. Furthermore, the processes and their interactions, failure modes, besides their causes and effects to the environment, were identified. As a result of a careful evaluation of these causes it was possible to identify and to classify the major potential environmental impacts, in order to set up and put in practice an Environmental Management System for the installation under study. The results have demonstrated the validity of the FMEA application to nuclear facility processes, identifying environmental aspects and impacts, whose controls are critical to achieve compliance with the environmental requirements of the Integrated Management System of IPEN. It was demonstrated that the methodology used in this work is a powerful management tool for resolving issues related to the conformity with applicable regulatory and legal requirements of the Brazilian Nuclear Energy Commission (CNEN) and the Brazilian Institute of Environment (IBAMA).

O trabalho apresenta uma aplicação da ferramenta metodológica conhecida como FMEA (Failure Mode Effect Analysis) ao processo de identificação de aspectos e impactos ambientais. Tal processo é parte importante na implantação e na manutenção de Sistemas de Gestão Ambiental (SGA), baseados na norma NBR ISO 14001. Além disso, pode contribuir, de forma complementar, para a avaliação e aperfeiçoamento da segurança nuclear da instalação analisada. Como objeto de estudo elegeu-se o Centro de Combustíveis Nucleares (CCN) do IPEN/CNEN-SP, localizado junto ao Campus da Universidade de São Paulo-Brasil, destinado à realização de pesquisas científicas e à produção de elementos combustíveis para o Reator IEA-R1. A partir de um levantamento sistemático de dados, obtidos por meio de entrevistas, documentos e registros operacionais foi possível identificar os processos, suas interações e atividades, cuja análise permitiu definir os diversos modos de falhas potenciais, as respectivas causas e conseqüências para o meio ambiente. Como resultado da avaliação criteriosa dos modos causas foi possível identificar e classificar os principais impactos ambientais potenciais, que constitui uma etapa essencial para a implantação e manutenção de um Sistema de Gestão Ambiental para a instalação em estudo. Os resultados obtidos permitiram demonstrar a validade da aplicação da técnica FMEA aos processos de instalações nucleares, identificando aspectos e impactos ambientais, cujos controles são essenciais para a obtenção da conformidade com os requisitos ambientais do Sistema de Gestão Integrada do IPEN (SGI). Contribuíram também para fornecer uma ferramenta gerencial poderosa para a solução de questões relacionadas ao processo de atendimento de exigências legais aplicáveis no âmbito da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) e do Instituto Brasileiro do Meio Ambiente (IBAMA). / This work presents an application of Failure Mode Effect Analysis (FMEA) to the process of identification of environmental aspects and impacts as a part of implementation and maintenance of an Environmental Management System (EMS) in accordance with the NBR ISO 14001 standard. Also, it can contribute, as a complement, to the evaluation and improvement of safety of the installation focused. The study was applied to the Nuclear Fuel Center (CCN) of Nuclear and Energy Research Institute (IPEN), situated at the Campus of University of Sao Paulo, Brazil. The CCN facility has the objective of promoting scientific research and of producing nuclear fuel elements for the IEA-R1 Research Reactor. To identify the environmental aspects of the facility activities, products, and services, a systematic data collection was carried out by means of personal interviews, documents, reports and operation data records consulting. Furthermore, the processes and their interactions, failure modes, besides their causes and effects to the environment, were identified. As a result of a careful evaluation of these causes it was possible to identify and to classify the major potential environmental impacts, in order to set up and put in practice an Environmental Management System for the installation under study. The results have demonstrated the validity of the FMEA application to nuclear facility processes, identifying environmental aspects and impacts, whose controls are critical to achieve compliance with the environmental requirements of the Integrated Management System of IPEN. It was demonstrated that the methodology used in this work is a powerful management tool for resolving issues related to the conformity with applicable regulatory and legal requirements of the Brazilian Nuclear Energy Commission (CNEN) and the Brazilian Institute of Environment (IBAMA).

Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-11-22T17:00:26Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-22T17:00:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / A demanda por combustível nuclear para reatores de pesquisa está aumentando em nível mundial, enquanto várias de suas fábricas têm pequeno volume de produção. Este trabalho estabeleceu um modelo conceitual com duas estratégias para o aumento da capacidade produtiva dessas fábricas. Foram abordadas as fábricas que produzem elementos combustíveis tipo placa carregados com LEU U3Si2-Al, tipicamente usados em reatores nucleares de pesquisa. A primeira estratégia baseia-se na literatura da área de administração da produção e é uma prática frequente nas fábricas em geral. A segunda estratégia aproveita a possibilidade de desmembrar setores produtivos, comum em instalações de produção de combustível nuclear. Ambas as estratégias geraram diferentes cenários de produção, os quais devem ser seguros em relação à criticalidade. Foram coletados dados de uma fábrica real de combustível nuclear para reatores de pesquisa. As duas estratégias foram aplicadas a esses dados com a finalidade de testar o modelo proposto, o que configurou um estudo de caso. A aplicação das estratégias aos dados coletados deu-se por meio de simulação de eventos discretos em computador. Foram criados diversos modelos de simulação para abranger todos os cenários gerados, de forma que o teste indicou um aumento da capacidade produtiva de até 207% sem necessidade de aquisição de novos equipamentos. Os resultados comprovam que o modelo atingiu plenamente o objetivo proposto. Como principal conclusão pode-se apontar a eficácia do modelo proposto, fato que foi validado pelos dados da fábrica. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / CNPq:310274/2012-5