Een ANSTO-onderzoeker is co-auteur van een nieuwe theoretische benadering om inconsistenties tussen kristallografische en chemische experimentele gegevens te verklaren in de schijnbare transformatie van een pyrochloor tot defect fluoriet in La ₂ Zr ₂ O ₇ .

Het model kan worden uitgebreid om de veroudering van een grote klasse van complexe oxiden te begrijpen, zoals spinellen, met praktische toepassingen, variërend van brandstofcellen met vaste oxide tot het ontwerp en het beheer van vormen van nucleair afval.

Het onderzoek is gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Prof. Gordon Thorogood, een onderzoeker van de splijtstofcyclus, die samenwerkte met collega's, waaronder David Simeone van CEA en Da Huo, een PhD-student en anderen, zeiden wat werd beschouwd als een faseverandering naar defecte fluorietstructuur, kunnen, in feite, niet voorkomen.

"Matrix-wiskunde suggereerde dat een optelling van pieken in de kristallografische gegevens het lijkt alsof de pieken zijn verdwenen, ' zei Thorogood.

De diffractiepatronen van La ₂ Zr ₂ O ₇ zijn te wijten aan de interferentie van verstrooiende golven tussen verschoven pyrochloor-nanodomeinen.

"De mogelijkheid is met verbazing bekeken, maar er is veel belangstelling omdat het fysieke mechanisme dat verantwoordelijk is voor de vorming van een defecte fluorietstructuur onduidelijk blijft."

Bij het onderzoek, ze zochten naar een verandering in lokale symmetrie die had moeten plaatsvinden met betrekking tot afnemende korrelgrootte. Fijnkorrelige pyrochloorkorrels werden bij verschillende temperaturen gesinterd om de volgorde op verschillende lengteschalen te bepalen.

Vergelijking van elektronenenergieverliesspectroscopie (EELS) spectra verzameld nabij de lanthaanrand van het zirkonium gaf aan dat lokale symmetrie in het zirkonium niet varieerde met betrekking tot korrelgrootte. Hun resultaten toonden aan dat de valentietoestand van het zirkonium niet varieerde in kleine korrelige pyrochloren.

Uit groepstheorieberekeningen, ze bepaalden dat het defect fluoriet kan worden begrepen als het resultaat van een ensemblegemiddelde van verschillende perfect geordende domeinen van specifieke grootte.

De defecte fluorietstructuur wordt bereikt zonder gelijktijdige wanorde van anionen en kationen op atomair niveau en het resultaat van ingewikkelde wanorde als gevolg van een willekeurige verdeling van volledig geordende nanodomeinen en het maakt een nieuwe fase op atomaire schaal overbodig.

Defect fluoriet is vergelijkbaar met het mineraal fluoriet met een enkele kation- en anionsite. De willekeurige vermenging van zuurstof en vacatures op een enkele locatie vermindert de pyrochlooreenheidscel.

Begrijpen hoe schade optreedt in een fluorietstrictuur is van groot belang in de splijtstofcyclus, omdat fluoriet de vernauwing is van uraniumdioxide (UO2), de meest voorkomende nucleaire brandstof.

Aangenomen wordt dat stralingsschade de verandering van pyrochloor naar defecte fluorietstructuur veroorzaakt.

"Met een faseovergang van pyrochloor naar defect fluoriet, je hebt ook een volumeverandering. Maar als dat niet gebeurt, je moet begrijpen waarom, ' zei Thorogood.

We willen zwelling voorkomen door schade aan de fluorietmatrices in kernbrandstof."

"Nu we de positie van de zuurstof hebben bepaald, we kunnen overstappen op onderzoek naar door straling veroorzaakte schade."