作者蒂姆·莱德贝特，太平洋西北国家实验室 学分:物理化学化学物理 PNNL的研究人员正在揭开核燃料中某些金属粒子行为的神秘面纱
该小组的发现可以改进未来的燃料设计，以更高效、更安全地生产核能
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高压气泡的形成和破裂联系起来
破裂会损坏燃料及其被称为包壳的保护外层
这些发现在3月21日出版的《物理化学化学物理》封面上的一篇研究论文中有详细描述
该小组的实验由PNNL核过程科学倡议(NPSI)赞助
这项研究是NPSI资助的一系列调查中的最新一项，这些调查对反应堆运行期间核燃料中贵金属相(NMP)粒子的行为产生了深刻的见解
高尚的调查 历史上，在用过的核燃料中发现的微小NMP粒子被认为由五种金属组成:钌、钼、钯、锝和铑
几年前，NPSI研究人员发现了第六种金属，碲
随后的一项研究也首次报道了在燃料界面附近的燃料锆包层中发现这些颗粒
根据这一发现，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化学家乔恩·施万特斯认为
施万特斯是NPSI核安全研究焦点的带头人，也是最近一篇期刊论文《用过的核燃料中新的非扩散气泡生产路线:对裂变气体释放、包壳腐蚀和下一代燃料设计的影响》的主要作者
" 从粒子到气泡 为了进行最新的实验，该小组使用了1979年至1992年期间在商业反应堆中辐照过的乏燃料样品
他们使用了PNNL放射化学处理实验室的各种仪器来表征样品，包括扫描和透射电子显微镜，两者都配备了能量色散X射线光谱学
该小组还使用橡树岭同位素生成和耗尽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
研究人员随后将这些结果与他们之前发表的实验测量结果进行了比较
为了测试气泡破裂的假设，研究小组使用了一个简单的从弹道学界借来的物理连续体模型
该方法给出了气泡破裂后颗粒被推出燃料并进入包壳时的能量和穿透力的指示
该团队的工作，在早期NPSI研究的支持下，得出了几个关键结论: 在用过的燃料中，碲和钯可能是最先结合和沉淀的成分，促进了其他NMP粒子的形成和生长
在形成的几个小时内，碲原子衰变为稳定的氙，最终在NMP粒子附近形成气泡
氙气泡可以达到极高的压力
在大部分燃料中，二氧化铀的强度足以容纳它们
然而，当燃料表面5至10微米范围内形成气泡时，气泡内的压力，加上辐射损伤(裂变反冲)的局部效应，会灾难性地压倒氧化铀层
由此产生的气泡破裂推动附近的NMP粒子离开燃料，进入邻近的包层表面
施万特斯说:“这些结果对当前理解辐照核燃料中裂变气体原子的行为有深远的影响。”
“我们的工作对燃料完整性、裂变气体释放和包壳腐蚀问题有了更多的了解，同时为推动下一代高燃耗燃料设计的科学提供了信息
" 拼图的最后一块 最近的实验增加了从2015年以来NPSI资助的多次NMP粒子调查中获得的知识
除了发现碲是第六种金属并在包层中发现粒子之外，该团队的早期研究还揭示了: 燃料中碲的分布与钯相关
富钯的碲化物相可能是辐射过程中形成的NMP的第一种成分
NMP粒子与许多其他重要的裂变产物密切相关，包括碘、铯、钡和氙
所有这些元素都是在NMP附近的包层中发现的
这些发现继续增强对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
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
