颗粒大小对CeO₂在离子辐射下微观结构演化的影响

科学领域:

• 核材料科学 科学 核材料科学
• 陶工程 陶工程 陶工程
• 固体中的辐射损伤

背景情况:

• 大颗粒二氧化 (UO₂) 是耐事故燃料 (ATF) 的候选者,因为它保留了裂变气体.
• 在辐射研究中,二氧化 (CeO₂) 作为UO₂的替代燃料.

研究的目的:

• 研究颗粒大小对二氧化 (CeO₂) 的微观结构演变和辐射反应的影响.
• 评估大粒微结构在提高耐事故燃料性能方面的潜力.

主要方法:

• 控制颗粒大小的CeO₂颗粒 (145 nm,353 nm,101 μm) 的火花等离子烧结.
• 用4 MeV Xe离子对样品进行辐射,使其在室温下达到2 × 10¹⁵离子/厘米^{2的流动性.}
• 辐射后在600°C3小时内火.
• 使用电子显微镜进行微结构性表征,以分析脱位循环和泡形态.

主要成果:

• 随着谷粒大小的增加,脱位环的大小增加;在谷粒边界附近没有环.
• 小粒度CeO₂中的气泡显示了沿粒度边界的管道扩散.
• 大粒CeO₂表现出最小的气泡直径和减少体积膨胀.
• 体积膨胀减少,而XE泡面积密度随着粒度大小的增加而增加.
• 元素分离发生在位移环和粒度边界,在大粒度样本中减少.

结论:

• 大粒CeO₂表现出对体积膨胀和元素分离的优越抵抗力.
• 谷物边界作为缺陷的沉器,抑制了脱位环的生长.
• 这些发现支持大粒度UO₂作为耐事故燃料 (ATF) 的潜力.