Kredit:Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)
En ANSTO-forskare har varit medförfattare till ett nytt teoretiskt tillvägagångssätt för att förklara inkonsekvenser mellan kristallografiska och kemiska experimentella data i den skenbara omvandlingen av en pyroklor till defekt fluorit i La 2 Zr 2 O 7 .
Modellen kan utökas för att förstå åldrandet av en stor klass av komplexa oxider, som spineller, med praktiska tillämpningar som sträcker sig från bränsleceller med fast oxid till design och hantering av kärnavfallsformer.
Forskningen publicerades i Vetenskapliga rapporter .
Prof. Gordon Thorogood, en kärnbränslecykelforskare, som samarbetade med kollegor inklusive David Simeone från CEA och Da Huo, en doktorand och andra, sa vad man trodde var en fasförändring till defekt fluoritstruktur, Maj, faktiskt, inte förekommer.
"Matrismatematik föreslog att en summering av toppar i kristallografiska data kommer att få det att se ut som om topparna har försvunnit, sa Thorogood.
Diffraktionsmönstren för La 2 Zr 2 O 7 beror på interferensen av spridningsvågor mellan skiftade pyroklor-nanodomäner.
"Möjligheten har betraktats med förvåning men stort intresse eftersom den fysiska mekanismen som är ansvarig för bildandet av en defekt fluoritstruktur är fortfarande oklart."
I utredningen, de letade efter en förändring i lokal symmetri som borde ha inträffat med avseende på minskande kornstorlek. Finkorniga pyroklorkorn sintrades vid olika temperaturer för att sondera ordning i olika längdskalor.
Beskrivning av strukturerna (1a), ÅLAR (a), Raman (b) spektra och röntgendiffraktionsmönster (c) samlade på La 2 Zr 2 O 7 pulver. Kredit:Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)
Jämförelse av elektronenergiförlustspektroskopi (EELS)-spektra uppsamlade nära lantankanten av zirkoniumet indikerade lokal symmetri i zirkoniumet inte varierade med avseende på kornstorlek. Deras resultat visade att valenstillståndet för zirkonium inte varierade i småkorniga pyroklor.
Från gruppteoretiska beräkningar, de fastställde att defekten fluorit kan förstås vara resultatet av ett ensemblemedelvärde av olika perfekt ordnade domäner av specifik storlek.
Den defekta fluoritstrukturen uppnås utan att anropa någon samtidig störning av anjoner och katjoner på atomär nivå och resultatet av invecklad störning på grund av en slumpmässig fördelning av fullt ordnade nanodomäner och det tar bort behovet av en ny fas på atomär skala.
Defekt fluorit liknar mineralet fluorit med ett enda katjon- och anjonställe. Den slumpmässiga blandningen av syre och vakanser på en enda plats minskar pyroklorenhetscellen.
Att förstå hur skador uppstår i en fluoritförträngning är av stort intresse för kärnbränslecykeln, eftersom fluorit är förträngningen av urandioxid (UO2), det vanligaste kärnbränslet.
Strålningsskador tros orsaka förändringen från pyroklor till defekt fluoritstruktur.
"Med en fasförändring från pyroklor till defekt fluorit, du har också en volymförändring. Men om det inte händer, du måste förstå varför, sa Thorogood.
Vi vill förhindra svullnad orsakad av skador på fluoritmatriserna i kärnbränsle."
"Nu när vi har bestämt positionen för syret, vi kan gå över till strålningsinducerade skadestudier."
