Crédito:Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO)
Un investigador de ANSTO ha sido coautor de un nuevo enfoque teórico para explicar las inconsistencias entre los datos experimentales cristalográficos y químicos en la aparente transformación de un pirocloro en fluorita defectuosa en La 2 Zr 2 O 7 .
El modelo se puede ampliar para comprender el envejecimiento de una gran clase de óxidos complejos, como espinelas, con aplicaciones prácticas que van desde pilas de combustible de óxido sólido hasta el diseño y gestión de formas de desechos nucleares.
La investigación fue publicada en Informes científicos .
Prof. Gordon Thorogood, un investigador del ciclo del combustible nuclear, que colaboraron con colegas, incluidos David Simeone de CEA y Da Huo, un estudiante de doctorado y otros, dijeron lo que se pensó que era un cambio de fase para alterar la estructura de la fluorita, mayo, De hecho, no estar ocurriendo.
"Las matemáticas matriciales sugirieron que una suma de picos en los datos cristalográficos hará que parezca que los picos han desaparecido, "dijo Thorogood.
Los patrones de difracción de La 2 Zr 2 O 7 se deben a la interferencia de ondas de dispersión entre nanodominios de pirocloro desplazados.
"La posibilidad se ha visto con sorpresa pero considerable interés, ya que el mecanismo físico responsable de la formación de una estructura de fluorita defectuosa sigue sin estar claro".
En la investigación buscaron un cambio en la simetría local que debería haber ocurrido con respecto a la disminución del tamaño de grano. Los granos de pirocloro de grano fino se sinterizaron a diferentes temperaturas para sondear el orden en diferentes escalas de longitud.
Descripción de las estructuras (1a), ANGUILAS (a), Raman (b) espectros y patrones de difracción de rayos X (c) recogidos en el La 2 Zr 2 O 7 polvos. Crédito:Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO)
La comparación de espectros de espectroscopía de pérdida de energía electrónica (EELS) recolectados cerca del borde de lantano del circonio indicó que la simetría local en el circonio no varió con respecto al tamaño de grano. Sus resultados mostraron que el estado de valencia del circonio no varió en piroclores de grano pequeño.
De los cálculos de la teoría de grupos, determinaron que se puede entender que el defecto de fluorita es el resultado de un promedio de conjunto de diferentes dominios perfectamente ordenados de tamaño específico.
La estructura defectuosa de la fluorita se logra sin invocar ningún desorden simultáneo de aniones y cationes a nivel atómico y el resultado de un desorden intrincado debido a una distribución aleatoria de nanodominios completamente ordenados y elimina la necesidad de una nueva fase a escala atómica.
La fluorita defectuosa es similar a la fluorita mineral con un solo sitio catiónico y aniónico. La mezcla aleatoria de oxígeno y vacantes en un solo sitio reduce la celda unitaria de pirocloro.
Comprender cómo se produce el daño en una estenosis de fluorita es de gran interés en el ciclo del combustible nuclear, porque la fluorita es la estenosis del dióxido de uranio (UO2), el combustible nuclear más común.
Se cree que el daño por radiación causa el cambio de pirocloro a una estructura defectuosa de fluorita.
"Con un cambio de fase de pirocloro a fluorita defectuosa, también tienes un cambio de volumen. Pero si eso no ocurre, necesitas entender por qué, "dijo Thorogood.
Nos gustaría prevenir la hinchazón causada por el daño a las matrices de fluorita en el combustible nuclear ".
"Ahora que hemos determinado la posición del oxígeno, podemos pasar a estudios de daños inducidos por radiación ".
