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    Efeitos da implantação de Ar e da irradiação de íons de Au e Xe sobre a microestrutura do aço AISI 316L para aplicações nucleares

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    Materiais expostos à irradiação de nêutrons geralmente apresentam degradação em suas propriedades físicas. Este é um problema importante para a tecnologia de reatores nucleares, pois influencia na segurança operacional e na vida útil de componentes estruturais. As mudanças na microestrutura resultam dos deslocamentos atômicos e da incorporação de produtos de fissão, principalmente gases inertes, produzidos pela reação de nêutrons com elementos dos materiais estruturais do reator. Este trabalho apresenta resultados de uma investigação dos efeitos da implantação de argônio (Ar) e da irradiação com íons de ouro (Au) no crescimento de bolhas de Ar e sua influência no desenvolvimento de transição de fases induzidas por irradiação, assim como resultados da irradiação in-situ com íons de Xe, que permite analisar a formação de precipitados ocorrendo em tempo real. Na primeira parte do trabalho, realizada na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), em Porto Alegre, lâminas finas de aço AISI 316L, polidas mecanicamente e solubilizadas a 1100 °C por 2 horas, foram implantadas com íons de Ar acelerados a diferentes energias, de modo a formar uma distribuição planar da concentração com a profundidade. As implantações de Ar foram realizadas a diferentes concentrações totais. As amostras foram, então, novamente tratadas termicamente para formar nano-aglomerados contendo vacâncias e átomos de Ar (i.e. nano-bolhas). Conjuntos distintos de amostras (incluindo as amostras de controle sem Ar) foram então irradiadas a diferentes temperaturas (de 450 °C a 550 °C) com íons de Au acelerados até 5 MeV e a uma fluência calculada para atingir um nível de danos de, aproximadamente, 18 deslocamentos por átomo (dpa) e de 36 dpa na região contendo a camada de Ar. As amostras foram investigadas por microscopia eletrônica de transmissão (MET) usando a técnica de desbaste iônico para produzir amostras plan-view. N As amostras foram investigadas por microscopia eletrônica de transmissão (MET) usando a técnica de desbaste iônico para produzir amostras plan-view. Na segunda parte do trabalho, realizada na Universidade de Huddersfield, UK, lâminas finas de aço AISI 316L foram quimicamente polidas para gerar amostras prontas para MET, e foram então irradiadas com íons de Xe a diferentes fluxos a 550 °C e a uma fluência total de 8 × 1015 átomos∙cm-2 , enquanto eram simultaneamente analisadas via MET. Os resultados demonstraram que, nas condições de irradiação utilizadas na primeira parte do trabalho, a precipitação de carbonetos de fases identificadas como MC e M23C6 ou M6C (sendo M um átomo metálico da liga) ocorre apenas nas amostras contendo bolhas de Ar. O tamanho dos precipitados e das bolhas depende tanto da temperatura como da dose de irradiação, assim como da concentração de Ar implantado. Já a segunda parte do trabalho mostra que o fluxo de irradiação desempenha um papel fundamental na cinética de nucleação e crescimento dos precipitados, devido ao efeito de superposição de cascatas. O estudo destes fenômenos abre novas perspectivas para a elucidação da formação de fases induzidas por irradiação, como discutido neste trabalho.Materials exposed to neutron irradiation usually present degradation in their physical properties. This is an important problem for the nuclear reactor’s technology because it has an influence over operational safety and lifetime of structural components. Microstructural changes result from atomic displacements and the incorporation of inert gases produced by reactions of neutrons with elements of structural materials of the reactor. This work reports results from an investigation of irradiation effects on the growth of argon (Ar) bubbles and their influence on the development of irradiation induced phase transitions, as well as results from in-situ Xe ion irradiation, which makes possible to analyze the formation of precipitates in real-time. In the first part of this work, realized at UFRGS, in Porto Alegre, Brazil, thin AISI 316L stainless steel foils, mechanically polished and thermally treated, were implanted with Ar ions accelerated at different energies to form a planar concentration distribution. The Ar implantation process was carried out at different total concentrations. Samples were then annealed again to form small nanoclusters containing vacancies and Ar atoms (i.e., nano-bubbles). Distinct sets of samples (including control ones without Ar) were then irradiated, at several temperatures (from 450 °C to 550 °C), with Au ions accelerated at 5 MeV and to a fluence calculated to reach a damage level of 18 displacement per atoms (dpa) and 36 dpa at the region containing the Ar plateau. These samples were investigated by transmission electron microscopy (TEM) using plan-view specimens prepared by ion milling. In the second part of this work, realized at the University of Huddersfield, UK, thin foils of AISI 316L stainless steel were chemically electropolished to provide TEM samples, and were then irradiated with Xe ions at distinct fluxes at 550 °C to a total fluence of 8 × 1015 átomos∙cm-2 while, simultaneously, were analyzed via TEM. The results demonstrated, in an unprecedented way, that with the irradiation conditions utilized, precipitation of a second phase, identified as MC and M23C6 or M6C carbides (M being a metallic atom from the alloy), takes place only in samples containing Ar. Along with the precipitation reactions, there were also Ar bubbles growing. The size of precipitates and bubbles depended on the irradiation dose and temperature, as well as on the implanted Ar concentration. The second part of this work showed evidence that the irradiation flux plays a significant role on the kinetics of precipitate nucleation and growth due to the cascade mixing effect. The study of these phenomena opens new perspectives to elucidate the formation of induced radiation phases, as discussed in this work

    Evaluation of the gamma radiation dose rates and cartographic modeling of the death statistics by neoplasies in the central region of Cuba

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    Orientador: Elisabete Maria PascholatiTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de GeocienciasResumo: O estudo desenvolvido visa avaliar as taxas de doses de radiação gama, na região central de Cuba, explorando as possibilidades do levantamento aerogeofisico na caracterização radiogeoquímica e mapeamento geólogo - estrutural do meio ambiente numa área de aproximadamente 16.500 km2. Adicionalmente, é propósito dispor de resultados que contribuam ao estabelecimento de uma linha base ambiental, baseado no background a radiação gama terrestre, de grande interesse para o sistema de vigilância radiológica acional. As estatísticas sobre óbitos por neoplasias do tipo tumores sólidos na região central de Cuba, a qual apresenta o segundo lugar nas ocorrências de casos no país, induz à seguinte hipótese para a pesquisa: "a radiogeoquímica desses ambientes geológicos poderia gerar taxas de doses de radiação gama correlacionáveis aos resultados estatísticos obtidos para a população dos vinte e sete municípios envolvidos?" Com este fim, foram modeladas, analisadas estatisticamente e interpretadas, as variáveis geólogo-geofisicas independentes, de relevo, epidemiológicas e censitárias num ambiente SIG sobre as populações envolvidas, para estabelecer uma possível relação com a taxa de dose estimada para a região central de Cuba. Este procedimento revelou uma razoável representatividade da diversidade geológica do meio ambiente, vinculando-a aos casos registrados e probabilisticamente esperados na população. A geologia na região é representada por vários ambientes: as unidades da margem continental da plataforma das Bahamas (Jurássico Superior - Cretáceo Superior), os ofiolitos Mesozóicos com imbricações das rochas do arco de ilha Vulcânico do Cretáceo (AVC), a cobertura neo-plataformal Cenozóica, as metavulcânicas da fácies xisto verde e os anfibolitos na divisa com as várias unidades lito-tectônicas (Jurássico Inferior - Cretáceo Superior) do Terreno metamórfico Escambray. As principais análises basearam-se rio processamento e na interpretação dos dados gamaespectrométricos aéreos. Embora os contrastes dos teores obtidos sobre os litotipos e as estruturas, sejam sutis as diversidades do ambiente geológico é mapeada com clareza. Através da cartografia como um todo, e das componentes principais, em particular, pode-se reconhecer a, correlação das concentrações Th-U, com relativa predominância do primeiro no platô litorâneo e parcialmente, nas bacias frontais e superpostas ao AVC e nos sedimentos recentes. Observam-se mudanças nos teores de potássio proporcionalmente ao conteúdo de sílica nas rochas ácidas e intermediárias - ácidas, ultrapassando levemente 3,0 %, nos plagiogranitos na divisa do AVC com o complexo Mabujina e, muito localmente, nos sedimentos do Terciário: Os teores Th - U atingem níveis relativamente maiores e anômalos nos sedimentos continentais da plataforma das Bahamas, setor que contém biodetríticos com fosfatos, baixas concentrações residuais de zircônio, monazita e/ou elementos componentes das terras raras, os quais ficaram possivelmente retidos, apesar da movimentação nos processos exógenos, mas sem interesse para a mineração. Embora misturado com as rochas dó AVC, a extensa faixa de ofiolitos é reconhecida pelos baixos níveis dos radioelementos.Também foram mapeadas a faixa de acrescência e sutura entre as rochas' metamórficas do Terreno Escambray e o Complexo . Mabujina, no limite norte, com as rochas do AVc. Existem evidências também de algumas diferenças geomorfológicas na formação de solos e sua relativa movimentação nos córregos e rios da região. ... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digitalAbstract: This study developed in the central part of Cuba, attempted to evaluate a gamma radiation dose rate, exploring the airbome geophysical survey possibilities in order to obtain a radiogeochemical characterization and the geological - structural mapping of environment for an area of about 16.500 km2. Besides, to dispose through this research, of results that contribute to the establishment of the environmental base tine, based on the background of the gamma terrestrial radiation and its possible relationships in the context, is interest fqr the system of surveillance national radiological. The statistical data about deaths for neoplasies of the type solid tumors in the region, the one which presents the second one place of occurrences of cases in the country, it induces the followirig hypothesis: "could be those environment be able to generate gamma radiation dose rates correlated with the statistics facts, that reach the population of the twenty-seven involved municipal districts?" . With this intent, several independent landscape variables (geological, geophysical, physiographic, epidemiologic ones and related to the population's census), Were modeled and analyzed using GIS, in order to establish a possible relationship with the mean value about the dose'rate estimated in the central region. This procedure provided a reasonable representation of the environmental geological diversity, linking it to current cases incidences and expected probabilistic, in the population. The geological diversity m the area is composed by the units of the margm of the Bahamas contmental platform (Upper Jurassic - Upper Cretaceous), for the Mesozoic ophiolites, partially blended and superimposed for the volcanic rocks of the arch of islands Cretaceous (CVA), for the Cenozoic Neo-platform cover, for the meta - vo1canicrocks of green schist facies and amphibolites m the limits with the litho-tectonic units (Lower Jurassic - Upper Cretaceous) of the metamorphic Escambray Terram.... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertationsDoutoradoMetalogeneseDoutor em Ciência
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