Mitigación de la segregación de elementos de tierras raras en combustible metálico U–Zr mediante el control de la densidad de fusión inducido por Zr

Este estudio investiga cómo la densidad de fusión afecta la incorporación de elementos de tierras raras (REE) en combustibles metálicos U–Zr fabricados por colada por inyección. La densidad de fusión se controló variando el contenido de Zr de la matriz mientras se mantenía una carga constante de RE representativa de Nd, Ce, Pr y La. Se fabricaron y caracterizaron trozos de combustible metálico para densidad, microestructura, constitución de fases y composición química. Se examinaron secciones transversales de los residuos de fusión asociados para evaluar evidencia microestructural de segregación. El aumento de la fracción de Zr disminuyó la densidad de fusión y redujo notablemente la segregación impulsada por flotabilidad, llevando a una incorporación cercana al objetivo de REE. Los residuos de fusión con mayor contenido de Zr no mostraron ninguna capa superficial rica en REE y solo inclusiones finas y uniformemente dispersas, lo que indica una reducción de la flotación de REE durante la colada y una mejor retención en el trozo de combustible durante la solidificación. Estos resultados indican que el control de la densidad de fusión es un enfoque práctico para fabricar trozos de combustible metálico con alto contenido de REE, apoyando el desarrollo de combustible sustituto TRU para ciclos de combustible de reactor rápido.