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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.85.2010.tde-30062011-102521
Document
Author
Full name
Wesden de Almeida Borges
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2010
Supervisor
Committee
Silva, Adonis Marcelo Saliba (President)
Durazzo, Michelangelo
Ferreira Neto, Ricardo Alberto
Title in Portuguese
Estudos de simulação computacional do processo de redução de UF4 a Urânio metálico
Keywords in Portuguese
modelagem em elementos finitos
redução de UF4
simulação térmica
urânio metálico
Abstract in Portuguese
A obtenção de urânio metálico é fundamental para produção de elementos combustíveis que alimentam reatores nucleares de pesquisa e que fabricam radioisótopos e radiofármacos. No IPEN, o urânio metálico é obtido via redução magnesiotérmica do UF4. Essa reação é realizada em um cadinho fechado de grafite inserido em um reator metálico vedado e evitando contato com o meio exterior. O conjunto é aquecido gradualmente em um forno poço, até que se atinja a temperatura de ignição da reação (entre 600-650oC). A modelagem do perfil de aquecimento do sistema pode ser realizada empregando programas de simulação pelo Método dos Elementos Finitos. Através dos perfis térmicos no corpo da carga, têm-se uma noção do período de aquecimento necessário para que a reação ocorra, possibilitando a identificação da mesma em um agrupamento de maior ou menor rendimento em urânio metálico. Estima-se as propriedades térmicas do UF4, determinando sua condutividade térmica e capacidade térmica empregando o Método Flash Laser, bem como as propriedades térmicas da carga UF4 + Mg. Os resultados obtidos são comparados a testes laboratoriais realizados para a simulação preliminar do processo de produção.
Title in English
computational simulation studies of the reduction process of UF4 to metallic uranium
Keywords in English
finite element modeling
metallic uranium
reduction of UF4
thermal simulation
Abstract in English
The production of metallic uranium is essential for production of fuel elements for using in nuclear reactors manufacturing of radioisotopes and radiopharmaceuticals. In IPEN, metallic uranium is produced by magnesiothermical reduction of UF4. This reaction is performed in a closed graphite crucible inserted in a sealed metal reactor and no contact with the outside environment. The set is gradually heated in an oven pit, until it reaches the ignition temperature of the reaction (between 600-650°C). The modeling of the heating profile of the system can be made using simulation programs by finite element method. Through the thermal profiles in the load, we can have a notion of heating period required for the reaction to occur, allowing the identification of the same group in a greater or smaller yield in metallic uranium production. Thermal properties of UF4 are estimated, obtaining thermal condutivity and heat capacity using the Flash Laser Method, and for the load UF4 + Mg, either. The results are compared to laboratory tests to simulate the primary production process.
 
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2011BorgesEstudos.pdf (19.15 Mbytes)
Publishing Date
2011-08-01
 
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