Crédito:Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)
Um pesquisador da ANSTO é co-autor de uma nova abordagem teórica para explicar inconsistências entre dados experimentais cristalográficos e químicos na transformação aparente de um pirocloro para deflagrar fluorita em La 2 Zr 2 O 7 .
O modelo pode ser estendido para compreender o envelhecimento de uma grande classe de óxidos complexos, como espinelas, com aplicações práticas que vão desde células de combustível de óxido sólido ao projeto e gerenciamento de formas de resíduos nucleares.
A pesquisa foi publicada em Relatórios Científicos .
Prof. Gordon Thorogood, um pesquisador do ciclo do combustível nuclear, que colaborou com colegas, incluindo David Simeone do CEA e Da Huo, um estudante de doutorado e outros, disse o que se pensava ser uma mudança de fase para a estrutura de fluorita defeituosa, poderia, na verdade, não estar ocorrendo.
"A matemática da matriz sugere que uma soma dos picos nos dados cristalográficos fará com que pareça que os picos desapareceram, "disse Thorogood.
Os padrões de difração de La 2 Zr 2 O 7 são devido à interferência de ondas de espalhamento entre nano-domínios pirocloro deslocados.
"A possibilidade foi vista com surpresa, mas considerável interesse, pois o mecanismo físico responsável pela formação de uma estrutura de fluorita defeituosa permanece obscuro."
Na investigação, eles procuraram uma mudança na simetria local que deveria ter ocorrido em relação à diminuição do tamanho do grão. Grãos de pirocloro de grão fino foram sinterizados em diferentes temperaturas para sondar a ordem em diferentes escalas de comprimento.
Descrição das estruturas (1a), ENGUIAS (a), Espectros Raman (b) e padrões de difração de raios-X (c) coletados no La 2 Zr 2 O 7 pós. Crédito:Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)
A comparação dos espectros de espectroscopia de perda de energia de elétrons (EELS) coletados perto da borda de lantânio do zircônio indicou que a simetria local no zircônio não variou com relação ao tamanho do grão. Seus resultados mostraram que o estado de valência do zircônio não variou em pirocloro de grão pequeno.
A partir de cálculos da teoria de grupo, eles determinaram que o defeito de fluorita pode ser entendido como o resultado de uma média do conjunto de diferentes domínios perfeitamente ordenados de tamanho específico.
A estrutura de fluorita defeituosa é alcançada sem invocar qualquer desordenação simultânea de ânions e cátions no nível atômico e o resultado de desordem intrincada devido a uma distribuição aleatória de nano-domínios totalmente ordenados e remove a necessidade de uma nova fase na escala atômica.
O defeito fluorita é semelhante ao mineral fluorita com um único cátion e ânion local. A mistura aleatória de oxigênio e vagas em um único local reduz a célula unitária do pirocloro.
Compreender como ocorre o dano em uma estenose de fluorita é de grande interesse no ciclo do combustível nuclear, porque a fluorita é a estenose do dióxido de urânio (UO2), o combustível nuclear mais comum.
Acredita-se que os danos da radiação causem a mudança de pirocloro para defeituoso na estrutura de fluorita.
"Com uma mudança de fase de pirocloro para fluorita defeituosa, você também tem uma mudança de volume. Mas se isso não estiver ocorrendo, você precisa entender porque, "disse Thorogood.
Gostaríamos de evitar o inchaço causado por danos às matrizes de fluorita no combustível nuclear. "
"Agora que determinamos a posição do oxigênio, podemos passar para estudos de danos induzidos por radiação. "
