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Repositório Institucional da Produção Científica da Marinha do Brasil (RI-MB)

Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://hdl.handle.net/ripcmb/848017
Título: Síntese e caracterização do combustível nuclear avançado UO2 - grafeno
Autor(es): Oliveira, Rafaella Fontoura de
Orientador(es): Riella, Humberto Gracher
Palavras-chave: Grafeno
Combustível nuclear avançado
Condutividade térmica
Sinterização de pastilhas de UO2
Áreas de conhecimento da DGPM: Engenharia nuclear
Setor(es) da Marinha: Diretoria-Geral do Desenvolvimento Nuclear e Tecnologia da Marinha (DGDNTM)
Data do documento: Nov-2025
Editor: Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN)
Descrição: O desenvolvimento de combustíveis nucleares avançados, que buscam aumentar a condutividade térmica das pastilhas de dióxido de urânio (UO2), é um passo importante para aprimorar o desempenho e a segurança dos reatores nucleares. Nesse contexto, a presente pesquisa teve como objetivo investigar os efeitos do grafeno, um material de alta condutividade térmica, como aditivo nas pastilhas de UO2 Para tal, foram produzidas e sinterizadas pastilhas com 2% e 6% de grafeno, e suas propriedades foram analisadas em comparação com pastilhas de UO2 puro. A análise dilatométrica revelou que a adição de grafeno promoveu uma maior retração macroscópica e taxas de sinterização superiores. Além disso, a difusividade e a condutividade térmica das pastilhas com grafeno foram consistentemente mais altas que as da amostra pura, indicando uma melhora significativa na capacidade de transferência de calor. No entanto, a caracterização microestrutural apresentou resultados contraditórios. A análise de porosidade e tamanho de grão demonstrou que o grafeno alterou a microestrutura das pastilhas. A porosidade residual tornou-se mais irregular, com poros maiores e, em muitos casos, interconectados. Simultaneamente, o grafeno inibiu o crescimento de grão, resultando em uma redução progressiva do tamanho médio dos grãos com o aumento da sua concentração. Embora o grafeno contribua para a densificação macroscópica e otimize as propriedades térmicas, ele compromete a integridade microestrutural do material. A inibição do crescimento de grão e a formação de porosidade prejudicial podem ser atribuídas à ação de resíduos de carbono que atuam como agentes de "pinning" nos contornos de grão.
Abstract: The development of advanced nuclear fuels aimed at enhancing the thermal conductivity of uranium dioxide (UO2) pellets represents a significant step toward improving the performance and safety of nuclear reactors. In this context, the present research investigated the effects of graphene—a material known for its high thermal conductivity— as an additive to UO2 pellets. Pellets containing 2% and 6% graphene were produced and sintered, and their properties were analyzed in comparison with pure UO2 samples. Dilatometric analysis revealed that the addition of graphene promoted greater macroscopic shrinkage and higher sintering rates. Furthermore, the diffusivity and thermal conductivity of the graphene-containing pellets were consistently higher than those of the pure sample, indicating a substantial improvement in heat transfer capability. However, microstructural characterization yielded contrasting results. The analysis of porosity and grain size demonstrated that graphene modified the microstructure of the pellets. The residual porosity became more irregular, with larger and often interconnected pores. At the same time, graphene inhibited grain growth, leading to a progressive reduction in average grain size with increasing concentration. Although graphene contributes to macroscopic densification and improves thermal properties, it compromises the microstructural integrity of the material. The inhibition of grain growth and the formation of detrimental porosity may be attributed to the presence of carbon residues acting as pinning agents at grain boundaries.
Tipo de Acesso: Acesso aberto
URI: https://repositorio.marinha.mil.br/handle/ripcmb/848017
Tipo: Dissertação
Aparece nas coleções:Engenharia Naval: Coleção de Dissertações

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