Credito:Organizzazione australiana per la scienza e la tecnologia nucleare (ANSTO)
Un ricercatore ANSTO è coautore di un nuovo approccio teorico per spiegare le incongruenze tra i dati sperimentali cristallografici e chimici nell'apparente trasformazione di un pirocloro in fluorite difettosa in La 2 Zr 2 oh 7 .
Il modello può essere esteso per comprendere l'invecchiamento di un'ampia classe di ossidi complessi, come spinelli, con applicazioni pratiche che vanno dalle celle a combustibile ad ossido solido alla progettazione e gestione di forme di scorie nucleari.
La ricerca è stata pubblicata su Rapporti scientifici .
Prof. Gordon Thorogood, un ricercatore sul ciclo del combustibile nucleare, che ha collaborato con colleghi tra cui David Simeone del CEA e Da Huo uno studente di dottorato e altri hanno affermato quello che si pensava fosse un cambiamento di fase per difetto di struttura della fluorite, Maggio, infatti, non verificarsi.
"La matematica della matrice ha suggerito che una somma dei picchi nei dati cristallografici farà sembrare che i picchi siano scomparsi, " disse Thorogood.
I modelli di diffrazione di La 2 Zr 2 oh 7 sono dovute all'interferenza delle onde di dispersione tra i nanodomini di pirocloro spostati.
"La possibilità è stata vista con sorpresa ma notevole interesse poiché il meccanismo fisico responsabile della formazione di una struttura di fluorite difettosa rimane poco chiaro".
Nell'indagine, hanno cercato un cambiamento nella simmetria locale che avrebbe dovuto verificarsi rispetto alla diminuzione della dimensione dei grani. I grani di pirocloro a grana fine sono stati sinterizzati a diverse temperature per sondare l'ordine a diverse scale di lunghezza.
Descrizione delle strutture (1a), anguille (a), Spettri Raman (b) e modelli di diffrazione dei raggi X (c) raccolti sul La 2 Zr 2 oh 7 polveri. Credito:Organizzazione australiana per la scienza e la tecnologia nucleare (ANSTO)
Il confronto degli spettri della spettroscopia di perdita di energia degli elettroni (EELS) raccolti vicino al bordo del lantanio dello zirconio ha indicato che la simmetria locale nello zirconio non variava rispetto alla dimensione del grano. I loro risultati hanno mostrato che lo stato di valenza dello zirconio non variava nei piroclori a grana piccola.
Dai calcoli della teoria dei gruppi, hanno determinato che la fluorite difettosa può essere interpretata come il risultato di una media di insieme di diversi domini perfettamente ordinati di dimensioni specifiche.
La struttura difettosa della fluorite è ottenuta senza invocare alcun disordine simultaneo di anioni e cationi a livello atomico e il risultato di un intricato disordine dovuto a una distribuzione casuale di nanodomini completamente ordinati e rimuove la necessità di una nuova fase su scala atomica.
La fluorite difettosa è simile alla fluorite minerale con un singolo sito cationico e anionico. La miscelazione casuale di ossigeno e posti vacanti su un singolo sito riduce la cella unitaria del pirocloro.
Comprendere come si verifica il danno in una stenosi di fluorite è di grande interesse nel ciclo del combustibile nucleare, perché la fluorite è la stenosi del biossido di uranio (UO2), il combustibile nucleare più comune.
Si pensa che il danno da radiazioni causi il cambiamento dalla struttura del pirocloro alla struttura difettosa della fluorite.
"Con un cambiamento di fase da pirocloro a fluorite difettosa, hai anche un cambio di volume. Ma se ciò non avviene, devi capire perché, " disse Thorogood.
Vorremmo prevenire il rigonfiamento causato da danni alle matrici di fluorite nel combustibile nucleare".
"Ora che abbiamo determinato la posizione dell'ossigeno, possiamo passare agli studi sui danni indotti dalle radiazioni".
