ESTUDOS DE ELETRODEPOSIÇÃO DE NÍQUEL SOBRE URÂNIO METÁLICO DESTINADOS À FABRICAÇÃO DE ALVOS DE IRRADIAÇÃO

PLANO DE TRABALHO PARA INICIAÇÃO CIENTÍFICA

Candidato (a):Gilberto Teixeira de Carvalho Neto

Orientador (a):Adonis Marcelo SALIBA-SILVA

Título do Plano de Trabalho:ESTUDOS DE ELETRODEPOSIÇÃO DE NÍQUEL SOBRE URÂNIO METÁLICO DESTINADOS À FABRICAÇÃO DE ALVOS DE IRRADIAÇÃO

Palavras-chave: níquel, urânio, eletrodeposição, alvos de irradiação

1. Introdução

O radionuclídeo 99mTc, filho de 99Mo, é um dos radioisótopos mais utilizados em medicina nuclear no mundo. Anualmente, são utilizados cerca de 20 a 25 milhões de procedimentos de diagnóstico médico, o que representa cerca de 80% de todos os procedimentos de medicina nuclear. Em especial, o99mTc é aplicado em mais de 90% dos procedimentos de medicina nuclear. O 99mTc produzido por ativação com nêutrons é gerado na maioria das vezes a partir de reatores nucleares de pesquisa e multipropósito. Com a intenção de fornecer 99mTc com custos mais convenientes, o Centro de Combustível Nuclear do IPEN (CCN) está envolvido na cadeia de fabricação de radionuclídeo, desenvolvendo os alvos de irradiação a serem utilizados futuramente no Reator Multipropósito Brasileiro (RMB) [1]–[3].

O desafio atual da pesquisa é obter maior produtividade do radioisótopo99Mo a partir do urânio irradiado nos reatores nucleares. Para tanto, há uma emergente necessidade de pesquisas que foquem em uma das fases da produção do 99Mo-99mTc. Uma dessas formas de melhoria consiste em se utilizarem processos de eletrodeposição de níquel sobre folhas de urânio metálico. Esse método trabalha sobre duas interfaces eletricamente ativas, envolvendo a transferência de cátions Ni2+para um dos eletrodos, no caso específico constituído de urânio metálico. A transferência de carga é um processo catódico, no qual as espécies são reduzidas pela transferência de elétrons para o catodo.

Normalmente, a eletrodeposição visa o melhoramento das propriedades metalúrgicas superficiais dos materiais. Além disso, essa técnica vem sendo utilizada atualmente para gerar em filmes finos. Esse processo é particularmente interessante para se produzir um microfilme de níquel sobre folhas de urânio metálico. Esse é um objeto de pesquisa utilizado para produzir alvos de irradiação de urânio metálico.

Para a produção de filmes finos, há vários tipos de processos de eletrodeposição: eletrodeposição galvanostática; eletrodeposição potenciostática, com polarização direta ou pulsada. A eletrodeposição potenciostática consiste em um processo de redução de espécies iônicas em uma célula eletroquímica, pela aplicação de um potencial elétrico contínuo e constante. A eletrodeposição galvanostática utiliza uma corrente constante, produzindo uma contínua deposição sobre o catodo. Utilizam-se ambas as técnicas, com as devidas parametrizações necessárias, isoladamente ou de forma combinada.

Os alvos de irradiação que utilizam o níquel [4-6] são construídos conforme apresentado na Figura 1.

Figura 1- Alvo tipo Cintichem para irradiação de alvos metálicos de urânio envolvidos em folha níquel, encapsulados em tubos de alumínio e destinados a irradiação em reatores nucleares para produção de 99Mo [7].[pic 3]

Conforme se pode ver na Figura 1, o níquel utilizado nos alvos é uma folha fina. Essa folha fina, com espessura de 20µm, é colocada durante a montagem do alvo, com uma certa dificuldade de colocação e de remoção. Ela é colocada de forma justa na camisa de alumínio que recobre o conjunto do alvo, que é feito de tubos de alumínio. Durante a colocação essa folha costuma rasgar e deixar descoberto o urânio em contato direto (ou muito próximo com o alumínio). Caso a cobertura do urânio com a folha de níquel não esteja adequadamente colocada, durante o processo de irradiação, o urânio em contato com o alumínio forma uma liga do tipo UAlx que é pouco condutora de calor e pode levar a acidentes nucleares. Durante o desencapsulamento da peça irradiada de urânio, havendo a colagem nas paredes, pela formação da liga U-Al induzida por radiação, torna a remoção laboriosa dentro do ambiente de célula quente no processo de pós-irradiação para extração do material irradiado e seu pós-tratamento. Para se evitar esse fato, deve-se pensar em outras alternativas para recobrimento mais firme e adequado da peça de urânio metálico. A eletrodeposição de uma camada de níquel sobre o urânio é uma possibilidade que tem sido pesquisada [4][6].

Nesse estudo, pretende-se desenvolver uma tecnologia de eletrodeposição de níquel sobre urânio metálico de forma a protegê-lo completamente, criando uma barreira de níquel sobre o urânio metálico, selando-o de forma a ser montado no recipiente de alumínio, produzindo-se assim o alvo. Pretende-se basear as pesquisas de forma a crescer uma camada homogênea e selante de níquel, utilizando banhos de Watts e surfactantes disponíveis. Todas as avaliações deverão ser controladas em níveis microestruturais com auxílio de microscopia eletrônica.

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1. Objetivos

Objetiva-se nesse trabalho de IC o treinamento do aluno no Laboratório de Análises Eletroquímicas do Centro de Combustível Nuclear nas seguintes linhas de pesquisa:

1. Desenvolver estudos de eletrodeposição de níquel sobre substratos de alumínio, simulando eletrodeposição de níquel sobre urânio metálico;
2. Otimizar a composição do eletrólito niquelador, baseado no banho de Watts sofrendo adições surfactantes.
3. Otimizar o crescimento mássico da camada eletrodepositada de níquel até o nível de 20µm de espessura.
4. Fazer análise microestrutural da morfologia, objetivando o melhor fechamento do eletrodepósito.
5. Analisar eletroquimicamente por EIS e por curvas potenciostáticas a formação e resistência da camada formada.

1. Justificativa:

Quanto ao primeiro objetivo, ele se encaixa na pesquisa do CCN que almeja a construção de alvos de irradiação alternativos. Essa metodologia possibilitaria uma simplificação do método proposto para produção de alvos, que utiliza dispersão de UAlx-Al e que segue uma pós-irradiação com rota alcalina, com alto nível de rejeição de componentes corrosivos e radioativos. A rota ácida, com base no urânio metálico recoberto com níquel, permite a dissolução de pós-irradiação pela rota ácida, que tem vantagens de processamento.

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