Análise físico-química e térmica de revestimentos nucleares a base de FeCrAl tolerantes a acidentes

dc.creatorIsabella Rezende Magalhães
dc.date.accessioned2021-03-19T17:37:05Z
dc.date.accessioned2025-09-09T00:26:51Z
dc.date.available2021-03-19T17:37:05Z
dc.date.issued2020-03-05
dc.description.abstractIn order to increase safety for energy production in nuclear power reactors of the LWR type, new claddings, more efficient than the current one in terms of resistance to oxidation and chemical stability, are studied. In order to gather materials with these characteristics, the class of Accident Tolerant Fuel - ATF was created. The proposals are to replace the cladding or fuel pellet. The objective of this work is to evaluate the feasibility of replacing the current cladding, Zircaloy-4, with materials considered ATFs. Initially, composites of silicon carbide and metallic alloys based on iron, chromium and aluminum were characterized. Subsequently, 4 different iron-based alloys with different levels of chromium and aluminum were compared, as well as additions of other elements in lower levels. The comparison was made considering density, thermal expansion, thermal conductivity and specific heat. These same characteristics were used to establish a comparison between FeCrAl and Zircaloy-4 alloys. A comparative analysis was also carried out between FeCrAl and Zircaloy-4 alloys considering the thermal behavior of the materials. For this purpose, data obtained through simulations using the RELAP5-3D code were used, in which nodalization based on ANGRA II FSAR. The simulations were carried in steady state and in transient state of the Loss of Flow Accident - LOFA to evaluate the thermal behavior of the cladding and the fuel pellet. The physical-chemical properties were used to interpret the thermal behavior. The FeCrAl alloys presented similar results. Furthermore, it was possible to conclude that even at low levels the addition of other elements causes changes in the thermal properties of the material, in the case of FeCrAl alloys, compositions that also contained molybdenum, silicon and yttrium were studied. Through the study was possible to evaluate the viability for replace Zircaloy-4 by any of the 4 alloys proposed in the work because there are notable similarities in the behavior of the materials, the alloys presented promising results to replace the traditional material.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/35299
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia nuclear
dc.subjectAnálise térmica
dc.subjectReatores nucleares
dc.subject.otherLWR
dc.subject.otherATF
dc.subject.otherLigas a base de ferro
dc.subject.otherAvaliações físico-químicas
dc.subject.otherRelap5-3D
dc.subject.otherCromo e alumínio
dc.titleAnálise físico-química e térmica de revestimentos nucleares a base de FeCrAl tolerantes a acidentes
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Claubia Pereira Bezerra Lima
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1635197498453054
local.contributor.referee1Antonella Lombardi Costa
local.contributor.referee1Rochkhudson Batista de Faria
local.contributor.referee1Glaucia Danielle Leirose
local.contributor.referee1Patrícia Amélia de Lima Reis
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6944638943582061
local.description.resumoO objetivo deste trabalho é avaliar a viabilidade de substituição do revestimento atual, Zircaloy-4, por materiais considerados, Accident Tolerant Fuels (ATFs), em particular as ligas a base de FeCrAl. A princípio foram caracterizados compósitos de carbeto de silício e ligas metálicas a base de ferro, cromo e alumínio. Posteriormente foram comparadas quatro diferentes ligas a base de ferro com diferentes teores de cromo e alumínio além de acréscimos de outros elementos em menores teores. A comparação foi feita considerando a densidade, expansão térmica, condutividade térmica e calor específico. Essas mesmas características foram utilizadas para estabelecer um comparativo entre as ligas de FeCrAl e o Zircaloy-4. Também foi feita uma análise comparativa entre os mesmos considerando o comportamento térmico dos materiais. Para tanto foram utilizados dados obtidos por meio de simulações utilizando o código RELAP5-3D no qual foi utilizada a nodalização baseada nos dados do FSAR de ANGRA II e as propriedades térmicas obtidas neste trabalho. As simulações foram feitas no estado estacionário e no estado transitório Loss of Flow Accident - LOFA. As propriedades físico-químicas foram utilizadas para interpretar o comportamento térmico. As ligas a base de FeCrAl apresentaram comportamento físico-químico e térmico semelhantes e em certas propriedades apresentaram vantagens em relação ao Zircaloy-4. Foi possível concluir que mesmo em baixos teores, a adição de outros elementos causa mudanças nas propriedades térmicas do material. Por meio do estudo executado foi possível avaliar a viabilidade de acordo com as características das quatro ligas a base de FeCrAl estudadas para a substituição do Zircaloy-4; as ligas propostas foram consideradas promissoras enquanto substitutas do revestimento atual.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NUCLEAR
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciências e Técnicas Nucleares

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