1. Estudio de Aleaciones de Circonio de Uso Nuclear Andrés Lucía1, Juan Carricondo1, Martín Iofrida1, Ernesto Previtali1, Daniel Valdivia1, Carlos Ararat2, Manuel Iribarren2, Carolina Corvalán1,2,3 1Universidad Nacional de Tres de Febrero 2Comisión Nacional de Energía Atómica 3Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas

2. Objetivos del trabajo Generales La seguridad y predictibilidad son requerimientos esenciales para el diseño de materiales usados en distintas tecnologías, y con mayor razón en la tecnología de reactores nucleares. Particulares 1-Primeras mediciones en aleaciones base Zr con una nueva técnica: LIBS. Estudio de los espectros obtenidos por la generación de plasma. Variación de intensidad de espectro vs. energía del láser. Estudio de la morfología y profundidad de la impronta dejada por el láser. 2-Simulaciones computacionales de difusión en aleaciones de Zr.

3. Principio de funcionamiento de un reactor Refrigerante: río, mar, etc 155 bars ≈ 350°C

4. Análisis químico elemental Verificación de espesores Análisis de Suelos geología LIBS Análisis de metales pesados Aguas Control de calidad en industria metalúrgica en planta de producción

5. Fe Sn Zr Nb Cr • Se utilizan en la industria nuclear para construir las vainas de los elementos combustibles en reactores debido a: • Resistencia al daño por radiación. • Resistencia a la corrosión. • Buenas propiedades mecánicas. • Baja sección eficaz de captura de neutrones térmicos (E entre 0,025 y 0,5 ev). 5

6. Debido a las condiciones de servicio las vainas del combustible sufren cambios : • Propiedades mecánicas, dimensionales y frente a la corrosión. • Aumento de defectos cristalinos por efecto del flujo neutrónico. • Cambios dimensionales por desplazamiento de los defectos cristalinos (difusión). • Combado debido al creep originados por el peso del combustible. • Fenómenos de transporte de materia entre la vaina (Zr-Nb) y su fuelle (inox. Martensítico 403). 6

7. Proceso de Emisión Inducida por Láser 7 7

8. Morfología vs. Nº de disparos en Zr 5 disparos 10 disparos 8

9. ESTUDIO DE LA ZONA DE ABLACIÓN Microfotografía obtenida con microscopio de barrido después de 20 disparos

10. ESTUDIO DE LA ZONA DE ABLACIÓN Microfotografía de improntas de ablación luego de 2,3,5,10,20,40 y 60 disparos

11. ESTUDIO DE LA ZONA DE ABLACIÓN Profundidad de la impronta en función del numero de disparos

12. ELECCIÓN DE LA POTENCIA DEL LASER

13. Espectro de emisión obtenido por LIBS Zr- 2.5 % en peso Sn http://www.nist.gov/pml/data/handbook/index.cfm 13

14. Curva de calibración sistema Zr-Sn 14 14

15. Curva de calibración sistema Zr-Sn 15

16. Curva de calibración sistema Zr-Sn 16 16

17. Curva de calibración sistema Zr-Sn 17

18. Curva de calibración sistema Zr-Sn 18

19. Difusión de Cr en Zr-HCP – Simulaciones DICTRA Andrés 107°C Dbg(T)= 8.8 exp (-137K/RT) 150°C

20. CONCLUSIONES 1- Parametrización del equipo LIBS Delay: - 39.6 microsegundos [μs] (se obtuvieron mejores valores de intensidad) Distancia focal: 60 milímetros [mm]. Potencia del láser: 4.5 Joules [J]. Series de disparos: 10 series. Disparos por serie: 50 disparos (obteniéndose valores promedio por longitud de onda) 2-Curva de calibración para el sistema Zr-Sn 3-Simulaciones de procesos difusivos en Zr a bajas temp.

21. TRABAJOS A FUTURO Preparación de aleaciones Zr-Nb a distintas concentraciones (entre 0.5 – 2.5 % de Nb). Verificación de las concentraciones de las mismas por técnicas analíticas convencionales (ICP). Análisis de las aleaciones con la técnica del LIBS. Comparación de ambos métodos. Construcción de las curvas de calibración.

22. AGRADECIMIENTOS UniversidadNacional de Tres de Febrero: Proyecto UNTREF 2012-2013 Agencia Nacional de PromociónCientífica y Tecnológica PICT-2012-2177 Proyecto CNEA – GerenciaMateriales- Lab. Difusion

23. ¿PREGUNTAS ?