UO2-GD2O3 nükleer yakıt peletlerinde gadolinyum miktarıyla mikroyapı ve yoğunluk değişiminin düşük sıcaklık sinterlenmesinde incelenmesi

Abstract

Nükleer reaktörlerin verimliliğini arttırmak için nükleer yakıtla beraber yanabilen-soğurucular kullanılmaktadır. Nükleer reaktörlerde yanabilen-soğuruculardan en önemlilerinden birisi gadolinyumdur. Gadolinyum özellikle U02 tipi oksit yakıtlarla beraber kullanılmaktadır. Gadolinyumun çok yüksek nötron soğurabilme ve aynı zamanda nükleer reaktörlerde yanabilme özelliğinden yararlanılmaktadır. U02-Gd203 nükleer yakıt peletlerinin hazırlanmasında saf U02 peletlerinde olduğu gibi toz metalürjisi teknikleri kullanılmaktadır. Saf U02 peletlerinin sinterlenmesi bugünkü seramik nükleer yakıt üretimi teknolojilerinde yüksek sıcaklıkta (indirgen atmosferde) ve düşük sıcaklıkta (kısmen oksitleyici atmosferde) yapılmaktadır. UOj-GdjOj peletlerinde ise bugün yüksek sıcaklıkta sinterleme yapılmaktadır. Bu yüksek lisans çalışmasındaysa U02-Gd203 seramik nükleer yakıt peletleri toz metalürjisi teknikleriyle hazırlandıktan sonra % Gd^O, miktarıyla mikroyapı ve yoğunluk değişimleri düşük sıcaklık sinterlemesinde incelenerek sonuçların irdelemesi yapıldı. %0-10 GdaOa içeren U02 peletlerinin düşük sıcaklıkta 1150°C'de C02 atmosferinde sinterlemesi yapılarak yoğunluk ve mikroyapısal değişikliklerin GdjOj miktarıyla olan ilişkileri araştırıldı. Gd^Og miktarı arttıkça yoğunluklar hızla düşmeye başladı. Bunun yanında düşük sıcaklık sinterlemesiyle elde edilen UOj-GdaOj peletlerinde mikroyapı incelemelerinde U02 alanlarının toplam alana olan oransal değerlerindeki düşüş Gd^ miktarının artış oranından çok daha fazla oldu. Literatürdeki çalışmalarda (U.Gd)Oa katı eriyiğinin 1200°C'nrâ üzerinde oluşmaya başladığı belirtilmektedir (Yuda et al. 1991). Bu Yüksek Lisans Tezi çalışmasında da yapılan incelemelerde düşük sıcaklık sinterlemesiyle elde edilen UCVGdaOj peletlerinde katı eriyik oluşumu gerçekleşmemiştir. Ancak aynı oranlarda Gd^ içerenÖ02 peletlerinin yüksek sıcaklık sinterlemesinde ise hem katı eriyik oluştu hem de yoğunluklar >%95 teorik yoğunlukların üzerinde gerçekleşti. Bu nedenle UC^-Gd^ peletlerinde düşük sıcaklık sinterlemesinde istenilen yoğunluklara erişebilmek için ancak %2'nin altındaki Gd203 oranlarında gerçekleştirilebileceği görüldü.