Objetiva-se, com a pesquisa da liga U-Mo, a obtenção de material nuclear para confecção de elementos combustíveis de alta densidade de urânio para reatores de pesquisa de alto desempenho. A política internacional de não proliferação de armas nucleares limita o nível de enriquecimento para reatores de pesquisa em 20% U235. Ligas de U-Mo com 6-10 % peso de Mo podem levar a uma densidade de até 9 gU/cm3, no núcleo da placa combustível. As placas do elemento combustível MTR (Materials Testing Reactor), são fabricadas a partir de briquetes (U-Mo + pó Al) encapsulados em placas de Al, soldadas e laminadas. No entanto, a liga U-Mo é muito reativa na presença de Al. Os produtos dessa reação são indesejáveis, do ponto de vista nuclear, pois geram uma camada de interação química (IL) formada durante ciclagens térmicas e exposição a fissões nucleares. Como a IL tem baixa condutividade térmica, falhas estruturais no elemento combustível, em operação, podem ser causadas. O presente estudo oferece uma nova técnica de formação de pares de interdifusão que promove os contatos da liga U-Mo, na forma de tabletes, envolvidos em matriz de A1 (placas), selada por laminação. Criam-se, assim, condições ideais para a investigação da difusão, com reduzida possibilidade de oxidação nas interfaces de contato, simulando-se, ainda, as condições de laminação a quente no primeiro passe de redução, durante a fabricação da placa combustível MTR. Optou-se por trabalhar com um teor de Mo de 10% em peso na liga U-Mo, para se garantir uma maior formação da fase , uma vez que esse teor favorece uma maior estabilidade química dessa fase. A liga de Al utilizada como matriz dos pares de interdifusão foi a AA1050, por apresentar menores teores de impureza. Os pares de interdifusão U-10Mo/AA1050 foram tratados, termicamente, em duas faixas de temperaturas (1500C e 5500C) e em três tempos de aquecimento (5h, 40h e 80h), visando-se simular o processo de interdifusão e formação da camada de interação química. As análises da camada de interação U-10Mo/AA1050, feitas por MEV/EDS e por difração de Raios X, revelaram uma interdifusão de baixa evolução em Al (cerca de 8% atômico), na região U-Mo. Não houve a formação dos produtos típicos esperados, como (U,Mo)Alx=2,3,4. Associou-se esse fato, provavelmente, à presença do silício na liga AA1050 que, potencialmente, criou uma barreira de poucos micrômetros, impedindo o Al de se difundir de forma mais efetiva para o interior da liga U-10Mo. Sugeriu-se a possível formação de um produto intermetálico de Al com Si, U e Mo. Em especial, foi citada a possibilidade da ocorrência do intermetálico Al3.21 Si0.47, causando esse efeito de bloqueio. / This research refers to the study of U-Mo alloy as an alternative material for producing nuclear fuel elements with high density of uranium, for research reactors of high perfor-mance. The international non-proliferation of nuclear weapons has enrichment level li-mited to 20% U235. U-Mo alloys with 6-10 wt% Mo can lead to a density up to 9 gU/cm3, inside the fuel core. The MTR fuel element plates are made from briquettes (U-Mo powder + Al) encapsulated in Al plates, then welded and rolled However, the U-Mo alloy is very reactive in the presence of Al. The reaction products of this interaction are undesirable from the standpoint of nuclear usage, since they cause a chemical interaction layer (IL) formed during thermal cycling and exposure to nuclear fission neutrons. As the IL has low thermal conductivity, they may cause structural failure in the fuel element during opera-tion. The present study provides a new preparation technique for interdiffusion pairs made by hot rolling. The U-Mo alloy, in tablet format, is involved by matrix Al-plates, which is sealed and then hot rolled. This way to prepare the diffusion couples is an ideal condition to avoid the oxidation at the contact interface at U-Mo/Al. The hot rolling preparation also simulates the first reduction pass during MTR fuel plate manufacture. We chose to work with a Mo content of 10 wt% in U-Mo alloy to ensure greater phase formation, since this level favors a greater chemical stability in this phase. The Al alloy matrix was used as the AA1050 since it contains small impurity amounts. The interdiffusion couples U-10Mo/AA1050 were thermally treated in two temperature ranges (1500C and 5500C) and three soaking times (5h, 40h and 80h) to simulate the interdiffusion process and formation of chemical interaction layer. The analysis of the interaction layer U-10Mo/AA1050 was made by SEM/EDS and X-ray diffraction. It revealed a general trend of low interdiffusion of Al (about 8 atomic %) inside U-Mo. There was no formation of typical products as ex-pected (U, Mo)Alx= 2,3,4. This fact is probably linked to the silicon presence, co-diffusing in the system. Connected with this fact, there was the presence of silicon in the alloy AA1050, which potentially created a barrier that prevented Al to diffuse more effectively, beyond few micrometers into the U-10Mo bulk. A possible formation of intermetallic Al with Si, U and Mo was suggested. In particular, the occurrence of the intermetallic Al3.21Si0.47, causing this blocking effect, was mentioned.

Objetiva-se, com a pesquisa da liga U-Mo, a obtenção de material nuclear para confecção de elementos combustíveis de alta densidade de urânio para reatores de pesquisa de alto desempenho. A política internacional de não proliferação de armas nucleares limita o nível de enriquecimento para reatores de pesquisa em 20% U235. Ligas de U-Mo com 6-10 % peso de Mo podem levar a uma densidade de até 9 gU/cm3, no núcleo da placa combustível. As placas do elemento combustível MTR (Materials Testing Reactor), são fabricadas a partir de briquetes (U-Mo + pó Al) encapsulados em placas de Al, soldadas e laminadas. No entanto, a liga U-Mo é muito reativa na presença de Al. Os produtos dessa reação são indesejáveis, do ponto de vista nuclear, pois geram uma camada de interação química (IL) formada durante ciclagens térmicas e exposição a fissões nucleares. Como a IL tem baixa condutividade térmica, falhas estruturais no elemento combustível, em operação, podem ser causadas. O presente estudo oferece uma nova técnica de formação de pares de interdifusão que promove os contatos da liga U-Mo, na forma de tabletes, envolvidos em matriz de A1 (placas), selada por laminação. Criam-se, assim, condições ideais para a investigação da difusão, com reduzida possibilidade de oxidação nas interfaces de contato, simulando-se, ainda, as condições de laminação a quente no primeiro passe de redução, durante a fabricação da placa combustível MTR. Optou-se por trabalhar com um teor de Mo de 10% em peso na liga U-Mo, para se garantir uma maior formação da fase , uma vez que esse teor favorece uma maior estabilidade química dessa fase. A liga de Al utilizada como matriz dos pares de interdifusão foi a AA1050, por apresentar menores teores de impureza. Os pares de interdifusão U-10Mo/AA1050 foram tratados, termicamente, em duas faixas de temperaturas (1500C e 5500C) e em três tempos de aquecimento (5h, 40h e 80h), visando-se simular o processo de interdifusão e formação da camada de interação química. As análises da camada de interação U-10Mo/AA1050, feitas por MEV/EDS e por difração de Raios X, revelaram uma interdifusão de baixa evolução em Al (cerca de 8% atômico), na região U-Mo. Não houve a formação dos produtos típicos esperados, como (U,Mo)Alx=2,3,4. Associou-se esse fato, provavelmente, à presença do silício na liga AA1050 que, potencialmente, criou uma barreira de poucos micrômetros, impedindo o Al de se difundir de forma mais efetiva para o interior da liga U-10Mo. Sugeriu-se a possível formação de um produto intermetálico de Al com Si, U e Mo. Em especial, foi citada a possibilidade da ocorrência do intermetálico Al3.21 Si0.47, causando esse efeito de bloqueio. / This research refers to the study of U-Mo alloy as an alternative material for producing nuclear fuel elements with high density of uranium, for research reactors of high perfor-mance. The international non-proliferation of nuclear weapons has enrichment level li-mited to 20% U235. U-Mo alloys with 6-10 wt% Mo can lead to a density up to 9 gU/cm3, inside the fuel core. The MTR fuel element plates are made from briquettes (U-Mo powder + Al) encapsulated in Al plates, then welded and rolled However, the U-Mo alloy is very reactive in the presence of Al. The reaction products of this interaction are undesirable from the standpoint of nuclear usage, since they cause a chemical interaction layer (IL) formed during thermal cycling and exposure to nuclear fission neutrons. As the IL has low thermal conductivity, they may cause structural failure in the fuel element during opera-tion. The present study provides a new preparation technique for interdiffusion pairs made by hot rolling. The U-Mo alloy, in tablet format, is involved by matrix Al-plates, which is sealed and then hot rolled. This way to prepare the diffusion couples is an ideal condition to avoid the oxidation at the contact interface at U-Mo/Al. The hot rolling preparation also simulates the first reduction pass during MTR fuel plate manufacture. We chose to work with a Mo content of 10 wt% in U-Mo alloy to ensure greater phase formation, since this level favors a greater chemical stability in this phase. The Al alloy matrix was used as the AA1050 since it contains small impurity amounts. The interdiffusion couples U-10Mo/AA1050 were thermally treated in two temperature ranges (1500C and 5500C) and three soaking times (5h, 40h and 80h) to simulate the interdiffusion process and formation of chemical interaction layer. The analysis of the interaction layer U-10Mo/AA1050 was made by SEM/EDS and X-ray diffraction. It revealed a general trend of low interdiffusion of Al (about 8 atomic %) inside U-Mo. There was no formation of typical products as ex-pected (U, Mo)Alx= 2,3,4. This fact is probably linked to the silicon presence, co-diffusing in the system. Connected with this fact, there was the presence of silicon in the alloy AA1050, which potentially created a barrier that prevented Al to diffuse more effectively, beyond few micrometers into the U-10Mo bulk. A possible formation of intermetallic Al with Si, U and Mo was suggested. In particular, the occurrence of the intermetallic Al3.21Si0.47, causing this blocking effect, was mentioned.