Defectos constitucionales y energía de migración de aluminio en UAI4 - Kniznik, Laura (2016)
El compuesto UAl4 es de interés en la tecnología de los elementos combustibles para reactores nucleares de investigación, ya que estos tienen un diseño donde partículas de un compuesto intermetálico conteniendo uranio se dispersan en un polvo de aluminio. Durante su fabricación y uso, el UAl4 y otros aluminuros crecen por interdifusión entre la aleación de uranio y el aluminio. Esta Tesis aporta conocimiento sobre la formación de los defectos puntuales y la energía de migración de Al en UAl4 a partir de métodos basados en la teoría de la funcional densidad electrónica (DFT), y muestra cómo estos resultados pueden transferirse a modelos semi-empíricos tipo CALPHAD para la simulación del proceso de crecimiento por difusión. En la primera parte de esta Tesis modelamos el crecimiento de UAl4 en un par de difusión UAl3/Al y construimos bases de datos semi-empíricas. Estimamos el coeficiente de heterodifusión a dilución infinita de Al en UAl4. En la segunda parte, realizamos cálculos DFT según el código VASP de las estabilidades del sistema binario U-Al y un análisis estructural, electrónico y magnético del cristal perfecto de UAl4. Investigamos la formación de defectos puntuales en el compuesto y estimamos las entalpías de formación de monovacancias y antisitios. Mediante un modelo estadístico-termodinámico obtuvimos concentraciones de defectos en función de la temperatura y la desviación de la estequiometría. Encontramos los defectos constitucionales y térmicos a ambos lados de la estequiometría, así como los defectos térmicos para UAl4 estequiométrico. Además, estudiamos la relajación estructural local, el ordenamiento magnético y la redistribución electrónica inducidos por el defecto. Luego, modificamos la base de datos para el modelado CALPHAD con las entalpías obtenidas y re-calculamos el diagrama de equilibrio del sistema U-Al. Finalmente, identificamos los mecanismos más probables de migración de Al en UAl4 y calculamos su energía de migración mediante el método NEB implementado en VASP. Proponemos que la difusión de Al en UAl4 ocurre por el mecanismo a primeros vecinos de átomos Al1 con una energía de activación de 1.90 eV que compara relativamente bien con el valor 2.06 eV observado experimentalmente o con el valor 2.17 eV obtenido en esta Tesis utilizando el modelo semi-empírico.