Rad启示-贵金属未来的燃料设计

时间:2020-04-21 17:46 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

Rad启示-贵金属未来的燃料设计

在最近的一项实验中,研究人员将二氧化铀燃料中的含碲颗粒与随后形成和破裂的高压气泡联系起来。破裂会损坏燃料及其被称为包层的保护外层。3月21日出版的《物理化学化学物理》杂志的封面刊登了一篇详细的研究论文。

这个团队的实验是由太平洋国家实验室的核过程科学计划(NPSI)赞助的。这项研究是npsi资助的一系列研究中最新的一项,这些研究对反应堆运行期间核燃料中的贵金属相(NMP)粒子行为产生了深刻的见解。

一个高尚的调查

历史上,在使用过的核燃料中发现的微小的NMP粒子被认为是由五种金属组成:钌、钼、钯、锝和铑。几年前,NPSI的研究人员发现了第六种金属,碲。

随后的一项研究也首次报告了在燃料与燃料交界面附近的锆包层中发现这些颗粒。从这一发现,研究人员假设,破裂的气泡是推动粒子进入包层的原因。

“NPSI的工作极大地丰富了贵金属相粒子的信息,”PNNL的化学家Jon Schwantes声称。Schwantes是NPSI核安全研究的主要负责人,也是最近发表的一篇期刊论文的主要作者,该论文题为《乏燃料中新的非扩散气泡生成途径:对裂变气体释放、包层腐蚀和下一代燃料设计的影响》(A new non-diffusional gas bubble production route in used nuclear fuel: for裂变气体释放、包层腐蚀和下一代燃料设计的影响》)。

从粒子到气泡

为了进行最新的实验,研究小组使用了1979年至1992年期间在商业反应堆中辐照的乏燃料样品。他们在PNNL的放射化学处理实验室中使用了各种仪器来对样品进行表征,包括扫描和透射电子显微镜,这两种仪器都配备了能量色散x射线光谱学。

该团队还使用了橡树岭同位素生成和消耗代码计算机程序来模拟NMP粒子中碲同位素随时间的活化和衰变。然后,研究人员将这些结果与之前发表的实验测量结果进行了比较。

为了验证气泡破裂的假设,研究小组借用了弹道学界的一个简单物理连续体模型。该方法给出了一个指示的能量和穿透粒子时推出的燃料和进入熔覆后的气泡破裂。

该团队的工作,加上早期的NPSI研究,得出了几个关键结论:

“这些结果对目前对辐照核燃料中裂变气体原子行为的理解具有深远的影响,”Schwantes说。“我们的工作为燃料完整性、裂变气体释放和包层腐蚀等问题提供了更多的信息,同时也为推动下一代高燃耗燃料设计的科学提供了信息。”

还有一块拼图

最近的实验增加了从2015年以来npsi资助的多个NMP粒子研究中获得的知识。除了发现碲作为第六种金属和在包层中发现粒子外,该团队的早期研究还揭示:

这些发现继续加强了对NMP粒子及其形成、命运和在核燃料循环中的重要性的科学理解。

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