Tese de Doutorado

Sabe-se que os óxidos de terras raras (TR) exibem notável solubilidade em combustíveis nucleares à base de UO₂, por esse motivo, o sistema U-TR-O é muito útil para a indústria nuclear em diversas aplicações. Particularmente, o sistema U-TR-O a partir do gadolínio pode ser utilizado tanto como veneno queimável em reatores de água leve para controle de reatividade, quanto para material de sacrifício em reator rápido de sódio (em inglês SFR) para aumentar a segurança ou mesmo para produzir resíduos nucleares mais seguros. Estas aplicações dependem não somente de suas composições químicas, mas também da disposição dos átomos no composto, ou seja, sua estrutura cristalina. Como resultado de suas diversas combinações de parâmetros cristalinos, as propriedades desses compostos e seus produtos de interação são de interesse tanto na produção química de estado sólido e quanto na produção de combustíveis nucleares. No entanto, até hoje não existe total concordância sobre seu diagrama de fase em algumas composições, pois estudos anteriores não entraram num consenso quanto às fases cristalinas presentes e também não alcançaram um modelo que descrevesse bem sua estequiometria. Nesse contexto, o trabalho pode contribuir com o esclarecimento de quais fases existem na rota de preparação por coprecipitação, bem como sua caracterização estrutural. Sendo possível adquirir informações como a identificação e quantificação de fases, incluindo a presença de uma nova fase cúbica, obtenção dos parâmetros de cela, detecção e estimativa do grau de desordem, quantidade em mol das substituições atômicas entre U e Gd e em qual sítio cristalográfico elas ocorrem.

It is known that rare earth oxides (RE) exhibit remarkable solubility in UO₂-based nuclear fuels, for this reason, the U-RE-O system is very useful for the nuclear industry in several applications. Particularly, the U-RE-O system from gadolinium can be used both as a burnable poison in light water reactors for reactivity control, and as a sacrifice material in a sodium fast reactor (SFR) to increase safety or even to produce waste. safer nuclear. These applications depend not only on their chemical composition, but also on the arrangement of atoms in the compound, that is, its crystalline structure. The fluorite and body-centered cubic phases are widely known for the first two applications mentioned above. A third use of this recently proposed system is related to the immobilization of nuclear waste, which requires the structure in the rhombohedral form. As a result of their diverse combinations of crystalline parameters, the properties of these compounds and their interaction products are of much interest in solid-state chemical production and in the production of nuclear fuels. However, there is still no complete agreement on the phase diagram and their respective preparation routes. Previous studies did not reach a consensus regarding the crystalline phases present and also did not reach a model that described their stoichiometry well. In this context, the work can contribute to clarify which phases exist in the route of preparation by coprecipitation, as well as its characterization. In this way, it was possible to obtain information such as quantification of phases, obtaining cell parameters, estimating the degree of disorder in the cubic phase and the amount in moles of atomic substitutions between U and Gd and which sites they occurred.