Engineered microstructure composites as means of improving the oxidation resistance of uranium nitride

QC 230910

Abstract

På grund av dess höga urandensitet och goda termofysiska egenskaper

har urannitrid (UN) ansetts vara ett potentiellt Accident Tolerant Fuel (ATF)

kandidat för användning i lättvattenreaktorer (LWR). Dock, den största nackdelen

med UN är dess låga oxidationsbeständighet i vatten/ånga-innehållande

atmosfärer vid driftstemperaturer för LWR.

Huvudsyftet med denna avhandling är att undersöka ett koncept för konstruerade

mikrostrukturkompositer som ett sätt att förbättra urannitridens

korrosionstolerans på vattensidan. Metodik för att införliva korrosionsbeständiga

tillsatser i form av metaller, nitrider och oxider i UN-matrisen har utvecklats

och testats. Tillsatserna föreslogs för att skapa en effekt av belagda

(ingen interaktion med UN) eller dopade (inkorporering av tillsatsen i

UN-matrisen) korn, som kommer att kunna skydda UN från den oxiderande

miljön eller bromsa syrediffusionen genom matrisen. UN kompositkutsar

innehållande de utvalda tillsatser har sintrats med tekniken Spark Plasma

Sintering (SPS). De resulterande mikrostrukturerna hos kompositkutsarna

karakteriserades väl innan några av de mikrostrukturrepresentativa proverna

utsattes för oxidationstestning i luft- och ångainnehållande miljöer.

De erhållna resultaten indikerar att svaret på luft- och ångaoxidation av

de sammansatta proverna skiljer sig från det för UN. Dessutom observerades

fördröjningen i oxidationsstarten för kompositproverna UN-20CrN^{förblandning}

och UN-20ZrN^{förblandning}  i  ånga och för UN-20CrN^föblandning kutsar i luft.

Det förbättrade svaret på oxidation åtföljdes av bildningen av ternära oxider,

en observation som kunde tillämpas på screeningsprocessen av tillsatskandidaterna

för vattentätning av UN.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-324614