Reestructuración impulsada por la irradiación de las películas delgadas nanocristalinas ThO₂ y Th_1-x

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Ingeniería Nuclear Ingeniería Nuclear.
• Física del estado sólido Física del estado sólido

Sus antecedentes:

• Los materiales de óxido de actinuro son críticos para las aplicaciones de combustible nuclear.
• Comprender los cambios estructurales inducidos por la irradiación es esencial para el desarrollo de materiales y la seguridad.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar ThO2 y Th1-xU_xO2 (x = 0.15, 0.50) películas delgadas.
• Para investigar la respuesta de estas películas a la irradiación iónica, simulando las condiciones del reactor.
• Para correlacionar el contenido de uranio con la susceptibilidad al daño por radiación y la integridad estructural.

Principales métodos:

• Síntesis de combustión de solución asistida por electrospray para la fabricación de películas.
• Irradiación de iones de criptón de hasta 1 x 10^16 iones/cm^2.2.
• Microscopía electrónica de transmisión de barrido de alta resolución (STEM), espectroscopia de rayos X dispersiva de energía (EDS) y espectroscopia de pérdida de energía de electrones (EELS) para el análisis.

Principales resultados:

• Las películas de ThO2 mostraron daños significativos, incluida la formación de cavidades y la delaminación.
• Las películas Th0.85U0.15O2 demostraron una alta estabilidad con un crecimiento moderado de los granos y sin vacíos.
• Las películas Th0.5U0.5O2 sufrieron daños extensos, con el desplazamiento de oxígeno como un conductor de degradación primario.
• Se observó una pérdida mínima de actínidos en todas las composiciones, lo que indica robustez mecánica.

Conclusiones:

• El daño inducido por la radiación en los sistemas Th1-xU_xO2 es fuertemente dependiente del contenido de uranio.
• Th0.85U0.15O2 presenta un candidato prometedor para los materiales de combustible nuclear estable.
• Los hallazgos ofrecen una visión crítica de los mecanismos de daño por radiación para el combustible nuclear avanzado y el desarrollo de objetivos.