Fabricación y caracterización de patrones de espesores de óxidos en canales refrigerantes de Zry-4 de la Central Nuclear Atucha 1

Abstract

Motivado por el monitoreo de la salud estructural de los componentes internos de las centrales nucleares y por la importancia del conocimiento de su estado en servicio, el presente trabajo plantea la utilización de ensayos no destructivos (END) para la caracterización de la degradación de los tubos centrales de Zircaloy-4 (Zry-4) de los canales refrigerantes de la Central Nuclear de Atucha I. En este marco, se propone aplicar el método de END por corrientes inducidas (CI). En las condiciones de operación del reactor, la corrosión en las aleaciones de base Zr es un fenómeno importante a tener en cuenta, no solo por la capa de óxido formada sino también por el proceso de hidruración que ocurre junto con la oxidación. Parte del hidrógeno que es liberado en la reacción de corrosión es absorbido por el metal; y precipita como hidruro de circonio. La capa de óxido que se forma sobre el componente de base Zr modifica las propiedades de trasmisión de calor y adelgaza la matriz dúctil metálica. Por otro lado, las partículas de hidruros precipitadas en la matriz de circonio afectan las propiedades mecánicas y fragilizan el material. Por lo tanto, estimar el avance de la corrosión en los materiales de los componentes del reactor es una herramienta importante. Para contribuir a los programas de vigilancia en servicio actuales, en este trabajo se fabricaron y caracterizaron patrones de espesores de óxido y concentraciones de hidrógeno en muestras de un tubo central del canal refrigerante de la central Atucha I, sin irradiar. El objetivo fue preparar una serie de patrones con rangos de espesores de óxido y contenidos de hidrógeno similares a los que se producen en las condiciones de servicio. Esos patrones podrán ser utilizados para inspecciones no destructivas de tubos en servicio y fuera de servicio. La experiencia previa indica que el espesor de óxido es un parámetro mucho más fácil de medir, que algún otro parámetro que dé cuenta del avance de la corrosión, debido a la variación de la conductividad eléctrica del sustrato y recubrimiento. El óxido formado sobre las aleaciones de Zr es un óxido no conductor sobre un sustrato metálico conductor no ferromagnético, esta diferencia de conductividad permite determinar el espesor del recubrimiento de óxido mediante CI. Como cualquier técnica no destructiva, la evaluación del espesor de óxido requiere de patrones de calibración. Los patrones deber ser del mismo material y con la misma geometría del componente a inspeccionar; y, además, se recomienda que los patrones tengan espesores de óxido en el rango de los que deben ser medidos en el componente. En base a lo descripto, para poder aplicar CI es necesario la fabricación de patrones adecuados para la calibración del método. En esta tesis, la fabricación de los patrones mencionados se realizó por corrosión en autoclave en solución 0.3 M de LiOH. Los ensayos en soluciones concentradas de LiOH a altas temperaturas producen corrosión acelerada en las aleaciones de circonio, reduciendo los tiempos necesarios para hacer crecer el óxido. Sobre estos patrones se estudió la microestructura, la distribución de hidruros posterior a los ciclos de autoclaveado, se midieron los espesores de óxido y se cuantificó la cantidad de H y O. Además de CI, las técnicas utilizadas fueron Microscopia Óptica (MO), Microscopia Electrónica de Barrido (MEB), Difracción de Rayos X (DRX), y Espectrometría de Masa.