《A4Zr3O12陶瓷材料的高溫輻照損傷機理研究》是依託廈門大學，由張建擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：A4Zr3O12陶瓷材料的高溫輻照損傷機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張建
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目的目的是深入理解陶瓷核材料的高溫輻照損傷機理，為設計或搜尋新的抗輻照陶瓷核材料提供指導。該項目所研究的陶瓷材料A4Zr3O12（A=Sc, Lu和Dy）屬於立方螢石（CaF2）結構衍生物，該類結構及衍生物（如核反應堆燃料UO2）具有很好的抗輻照性能，被認為是將來實現核廢料固化的首選材料之一。同時，我們也期待所研究的陶瓷核材料將來能在先進裂變堆、未來聚變堆、錒系陶瓷核燃料中得到套用。所有這些套用都需要所選陶瓷材料在高溫、高輻照條件下服役，因而研究其在高溫下的輻照行為是十分重要的。我們將在高溫條件下對陶瓷材料實施離子輻照，利用掠角X射線衍射儀和透射電子顯微鏡等設備表征、分析輻照損傷結果，通過計算機模擬計算損傷的演化過程，並與實驗結果進行比較，加深在原子尺度上對高溫輻照損傷效應的理解。
結題摘要
隨著我國核能的不斷發展，核廢料的問題也越來越嚴重。目前國際上廣泛認可的大量核廢料處理方式是採用人造岩石或玻璃固化核廢料，然後深地質處置。然而，由於核廢料的放射性核素的衰變，可能造成固化核廢料的基體材料的輻照損傷，從而影響其固化能力。同時核素衰變也會產生大量的熱量，導致固化基材的環境溫度升高。因此，在核廢料進行具體固化，深地質處置前，十分有必要在不同溫度下對固化核廢料的候選基體材料的輻照損傷等性能開展深入的研究。本項目選擇了自然界穩定存在的螢石結構衍生物為候選研究對象，系統性地研究了其在不同溫度下的輻照損傷行為。我們採用數百keV的Kr、He離子在室溫，450°C下輻照螢石結構衍生物。發現在室溫下用Kr離子輻照P-Lu2Ti2O7陶瓷材料，藉助XRD表征的非晶含量到達80%後，就不再增加，更進一步TEM表征表明生成了納米晶，增強了其的抗非晶化能力。另外，在450°C時，P-Lu2Ti2O7變為了螢石結構相。因此對於P-A2Ti2O7結構的陶瓷材料，根據已有認識，有一個臨界非晶溫度Tc。當輻照溫度低於Tc時，材料可以發生非晶；高於Tc時，不能非晶。而我們的研究結果驗證了上述認識，同時進一步表明：當輻照溫度在Tc附近，樣品將形成均勻分布的納米晶；高於Tc時，螢石結構生成。該實驗結果表明，離子輻照能夠潛在用於陶瓷材料或其它材料表面納米膜的製備。此外，輕He離子的輻照卻首次觀察到在輻照區域生產的是燒綠石相和螢石相的混合物，且在此變化過程中，晶體的陽離子反位對數不斷增加，導致晶胞尺寸不斷增大。所有這些實驗觀察表明了材料的輻照損傷是一個很複雜的現象，與材料溫度，入射離子的PKA能譜等關係密切，特別是研究對象是結構複雜的三元及以上的複雜陶瓷材料。因此，後續本課題組將進行更深入地研究，以期在大量實驗和系統分析基礎上建立合適理論，指導實際工作。
