Experimental determination of metal fuel point defect parameters
Nuclear metallic fuels are one of many options for advanced nuclear fuel cycles because they provide dimensional stability, mechanical integrity, thermal efficiency, and irradiation resistance while the associated pyro-processing is technically relevant to concerns about proliferation and diversi...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96337 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Experimental determination of metal fuel point defect parameters / M.J. Fluss, S.K. McCall // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 4. — С. 61-67. — Бібліогр.: 11 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859641643497422848 |
|---|---|
| author | Fluss, M.J. McCall, S.K. |
| author_facet | Fluss, M.J. McCall, S.K. |
| citation_txt | Experimental determination of metal fuel point defect parameters / M.J. Fluss, S.K. McCall // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 4. — С. 61-67. — Бібліогр.: 11 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Nuclear metallic fuels are one of many options for advanced nuclear fuel cycles because they
provide dimensional stability, mechanical integrity, thermal efficiency, and irradiation resistance
while the associated pyro-processing is technically relevant to concerns about proliferation and
diversion of special nuclear materials. In this presentation we will discuss recent success that we
have had in studying isochronal annealing of damage cascades in Pu and Pu(Ga) arising from the
self-decay of Pu as well as the annealing characteristics of non-interacting point defect
populations produced by ion accelerator irradiation. Comparisons of the annealing properties of
these two populations of defects arising from very different source terms are enlightening and
point to complex defect and mass transport properties in the plutonium specimens which we are
only now starting to understand as a result of many follow-on studies. More importantly
however, the success of these measurements points the way to obtaining important mass
transport parameters for comparison with theoretical predictions or to use directly in existing and
future materials modelling of radiation effects in nuclear metallic fuels. The way forward on
such measurements and the requisite theory and modelling will be discussed.
We bring to the attention of the reader that this article is based wholly or in part on earlier
publications of the authors.
Ядерне металеве паливо є одним із багатьох варіантів прогресивного ядерного
паливного циклу, оскільки воно забезпечує розмірну стабільність, механічну цілісність,
тепловий коефіцієнт корисної дії і радіаційну стійкість, в той час, як піротехнологія
технічно відноситься до проблем про розповсюдження спеціальних ядерних матеріалів та
їх перенасичення. У даному повідомленні ми обговоримо останні успіхи, досягнуті нами
при вивченні ізохронного відпалу каскадів пошкоджень в Pu і Pu(Ga), які виникають в
результаті саморозпаду Pu, а також характеристики відпалу невзаємодіючих точкових
дефектів, які утворились при опроміненні у прискорювачі іонів. Порівняння цих двох
популяцій дефектів, виникаючих при різних вихідних умовах, проливають світло та
вказують на складні властивості дефектів і масопередачі в зразках плутонію, які ми
починаємо розуміти тільки зараз у результаті багатьох модифікованих досліджень, Однак,
і це більш важливе, успіх цих вимірювань вказує шлях отримання важливих параметрів
масо переносу для порівняння з теоретичними прогнозуваннями, або для безпосереднього
використання при моделюванні радіаційних ефектів у вже існуючих та майбутніх
матеріалах у якості ядерного металевого палива.
Ми звертаємо увагу читача на те, що ця стаття заснована повністю або частково на
більш ранніх публікаціях авторів.
Ядерное металлическое топливо является одним из многих вариантов прогрессивного
ядерного топливного цикла, поскольку оно обеспечивает размерную стабильность,
механическую целостность, тепловой коэффициент полезного действия и радиационную
стойкость, в то время, как пиротехнология технически относится к проблемам
распространения специальных ядерных материалов и их перенацеливания. В данном
сообщении мы обсудим последние успехи, достигнутые нами при изучении изохронного
отжига каскадов повреждений в Pu и Pu(Ga), которые возникают в результате самораспада
Pu, а также характеристики отжига невзаимодействующих точечных дефектов,
образованных при облучении в ускорителе ионов. Сравнения этих двух популяций
дефектов, возникающих при разных исходных условиях, проливают свет и указывают на
сложные свойства дефектов и массопередачи в образцах плутония, которые мы только
сейчас начинаем понимать в результате многих модифицированных исследований.
Однако, что более важно, успех этих измерений указывает на путь получения важных
параметров массопереноса для сравнения с теоретическими предсказаниями или для
непосредственного использования при моделировании радиационных эффектов в уже
существующих и будущих материалах в качестве ядерного металлического топлива.
Мы обращаем внимание читателя на то, что эта статья основана целиком или частично
на более ранних публикациях авторов.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:22:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2009. №4-1.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (94), с. 61-67. 61
EXPERIMENTAL DETERMINATION OF METAL FUEL POINT DEFECT
PARAMETERS
M.J. Fluss, S.K. McCall
Lawrence Livermore National Laboratory
East Avenue, Livermore California, USA 94551
E-mail: fluss1@llnl.gov?subject=TM34567
Nuclear metallic fuels are one of many options for advanced nuclear fuel cycles because they
provide dimensional stability, mechanical integrity, thermal efficiency, and irradiation resistance
while the associated pyro-processing is technically relevant to concerns about proliferation and
diversion of special nuclear materials. In this presentation we will discuss recent success that we
have had in studying isochronal annealing of damage cascades in Pu and Pu(Ga) arising from the
self-decay of Pu as well as the annealing characteristics of non-interacting point defect
populations produced by ion accelerator irradiation. Comparisons of the annealing properties of
these two populations of defects arising from very different source terms are enlightening and
point to complex defect and mass transport properties in the plutonium specimens which we are
only now starting to understand as a result of many follow-on studies. More importantly
however, the success of these measurements points the way to obtaining important mass
transport parameters for comparison with theoretical predictions or to use directly in existing and
future materials modelling of radiation effects in nuclear metallic fuels. The way forward on
such measurements and the requisite theory and modelling will be discussed.
We bring to the attention of the reader that this article is based wholly or in part on earlier
publications of the authors.
1. BACKGROUND
The physical metallurgy of δ-phase
plutonium, particularly those aspects related to
radiation damage and associated vacancy and
self-interstitial properties, is technologically
important, and yet still requires a deeper
fundamental understanding. Low-temperature
damage-accumulation, and subsequent
isochronal-annealing provide an experimental
methodology for determining important mass
transport parameters based on chemical rate
equations, e.g., the interstitial migration
energy and the vacancy migration energy [1].
The starting point for deducing these
parameters is the ability to perform high
fidelity annealing experiments. Although
annealing experiments have been reported for
δ-stabilized Pu(Al) [2,3], the fidelity of the
data was limited, and hence the analyses were
only qualitative. Previously we reported high-
fidelity isochronal-annealing curves of the
damage induced electrical resistance for self-
and proton-irradiated Pu(Ga) [4]. The
annealing properties were measured on a
δ-stabilized alloy, Pu(3.3 at.%Ga), an fcc
δ-phase of plutonium which was resistant to
the martensitic phase transformation to the α'-
phase at all temperatures of these experiments.
An important element of the earlier work was
the experimental determination of the
temperature for the various annealing Stages I
to V.
2. DAMAGE ACCUMULATION AND
ANNEALING IN δ-PHASE Pu(Ga)
We measured, as near to the dilute limit as
was practical, the temperature dependence of
the resistance of radiation damage in the form
of defect ensembles produced by low-
temperature damage-accumulation and
subsequent annealing [4]. Fig 1 shows the
isochronal data for self-irradiation damage
accumulation and for proton irradiation. We
note, that while the proton irradiation appears
to be typical of an annealing curve for a dirty
alloy, with no clear indication of interstitial
annealing stages, the self-irradiation annealing
curve is strongly structured showing a
modified Stage I, a Stage II and vacancy
Stages III to V. It is interesting to compare the
annealing curves with empirical estimates for
other metals given by Ehrhart [5] that are
shown in Table. The largest difference
between experiment and empirical estimates is
for Stage V, the temperature where vacancy
mailto:E-mail:%20fluss1@llnl.gov?subject=TM34567
clusters become unstable. It is also noteworthy
that with respect to vacancies, Stages III to V
are indistinguishable as to the orgin of the
damage, self-irradiation or protons. We note
that the long Stage II for the self irradiation is
likely associated with a wide range of vacancy
impurity interactions as vacancy clusters
formed during the cascade relaxation dissolve
and migrate through the system. In the case of
the proton irradiation all we can say at this
time is that Stage I and Stage II are inexorably
combined and that the structurless nature of
the monotonic decrease here is likely
indicative of the same complex interstitial
impurity interactions. Within the resolution of
both annealing curves in Fig. 1 we can also
note that Stage IV is identical indicating that at
this point in the annealing process the
remaining vacancy populations are
indistinguishable as to their origin, cascade or
isolated pairs.
Fig. 1. Isochronal annealing curves for
Pu(3.3 at% Ga) irradiated with self-decay
and with protons. The ischronal time was
300 s
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
10 100 1000
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Isochronal anneal temperature (K)
(Δ
ρ/
Δρ
0)
I II III IV V
0.2
0.1
100 500300
0.0
30K
250K
150K
150K
QuickTime™ and a
decompressor
are needed to see this picture.
Self irradiationSelf irradiation
QuickTime™ and a
decompressor
are needed to see this picture.
pp++ irradiation irradiation
Empirical estimates for Stage I, Stage III, and Stage V transitions as a function of the melting
temperature Tm [5]
Tm
(K)
TI(K)
measured
TI(K)
(0.02±0.015)Tm
predicted
TIII(K)
measured
TIII(K)
(0.2±0.02)Tm
predicted
TV(K)
measured
TV (K)
(0.45±0.03)Tm
predicted
Pb 601 4 12±9 160 120±12 290 270±18
Al 933 37 19±14 220 187±19 ---- 420±28
Pu(Ga)
3.8MeV p+ 953 ~35 19±14 180±5 191±19 310±5 429±29
Pu(Ga)
-decay 953 45±5 19±14 180±5 191±19 310±5 429±29
Ag 1235 28 25±20 230 247±25 540 556±37
Au 1337 ---- 27±20 290 267±27 530 602±40
Cu 1356 38 27±20 250 271±27 605 610±41
Ni 1726 56 35±26 340 345±35 750 777±52
The annealing data for Pu(3.3 at.%Ga) with a 300 s isochronal anneal is shown in Fig. 1. Stage I for the
p+irradiation of the Pu(Ga) is not clear but appears to be ~35 K. For the other Stages statistical errors are indicated.
Longer anneal times will shift the transitions to lower temperatures, but no more than ~10 K.
Effective activation energies can be
deduced from annealing data by varying the
rate, α, or time interval for the annealing while
determining the transition temperature, T.
Fig. 2 illustrates the result of such an
experiment for Pu(Ga) showing the shift in the
annealing curve to higher T with shorter
annealing time. Here the damage accumulation
time was 5 days and the two isochronal anneal
times were 100 s (blue points) and 300 s (pink
points). The formula for extracting the
activation energy, E, is:
62
.11ln
21
2
21
2
12
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−=⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
TTk
E
T
T
α
α (1)
The following activation values were
deduced: Stage I: 0.05 to 0.1 eV, Stage III:
0.5 eV, and Stage V: 1.0 to 1.3 eV.
During this study we discovered that the
specific resistivity for vacancies and vacancy
clusters was exponentially temperature
dependent. Fig. 3 shows the relevant data.
Here we show the temperature dependence of
the resistance for three vacancy defect
populations that were produced via damage
accumulation at 10 K for 5 days followed by
annealing at 30, 150 and 250 K. This result is
a spectacular violation of Matthiesson’s rule
[6,7] for vacancy-defects in δ-stabilized
Pu(3.3 at.%Ga) and suggests a Kondo-like
impurity behaviour for vacancies in this
system. This observation motivated
magnetization studies of self-damaged Pu and
Pu-alloys.
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
10 100 1000
Temperature (K
100 second soak
300 second soak
Fig. 2. Two isochronal annealing curves, 100 and 300 s annealing times for each point used to
deduce activation energies
0
5
0
5
0
5
R
(m
Ω
)
0.0
2.0
0.5
1.5
1.0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
10 100
SI: 30K
anneal
SI: 150K
anneal
SI: 250K
anneal
10 100 1000
Temperature (K)
Fig. 3. The resistance for the three defect-
populations resulting from self-irradiation
(labeled SI) of Pu(Ga) at T=10 K for 5d and
then annealed successively at Ti=(30 K(ν),
150 K(λ), and 250 K(σ)) for 1h prior to
measuring the plotted resistance data at a set
of temperatures, Tj. The T(K) axis refers to the
Tj values of the data points. The inset shows
the same data for the self-irradiations at 150
and 250 K where the common ln(T) axis
intercept is evident and the systematic
deviation of the data points at
10 K is seen
63
3. EMERGENCE OF MAGNETISM
DUE TO DISORDER
Despite the importance of the 5f electrons
in defining structure and physical properties of
Pu, there is no experimental evidence that
these electrons localize to form magnetic
moments in pure Pu. Instead, a large
temperature-independent Pauli susceptibility
indicates that they form narrow conduction
bands. We have shown previously that
radiation damage from the alpha-particle
decay of Pu creates numerous defects in the
crystal structure, which produce a significant
temperature-dependent magnetic
susceptibility, χ(T), in both α-Pu and δ-Pu
(stabilized by 4.3 at.% Ga) [8]. This effect is
reversible by thermal annealing above room
temperature. The magnetic and resistive
annealing curves for the α− and δ−Pu are
shown in Fig. 4. The reader should note that
while the annealing curves for resistive and
magnetically tracked annealing in α−Pu are
quite similar, the corresponding curves for Ga
stabilized δ−Pu are quite different with regards
to the first annealing stage, the stage
associated with interstitial mobility. This
suggests that while in the monoclinic α-Pu
both interstitials and vacancies contribute to
the magnetization, in the more open fcc δ-Pu
lattice vacancies dominate.
Fig. 4. Isochronal annealing curves for α-Pu
and Ga stabilized δ-Pu illustrating that
damage is frozen in place below ~30 K. The
red circles are the magnetic susceptibility
measurements from reference [8] while the
blue diamonds are resistivity data taken from
references [3] and respectively [4]
Fig. 5. Representative isothermal magnetic
susceptibilities for α-Pu and δ-Pu
(4.3 at.%Ga) plotted as a function of time
(proportional to the number of α-decays).
The lines are fits to Eq. (1) described in the
text
Fig. 4 illustrates that below 35 K, the
radiation damage is “frozen” in place,
permitting the evolution in time and
temperature (T<35 K) to be studied
systematically. By accumulating damage over
a sufficiently long time while measuring the
susceptibility, χ as a function of temperature,
T, we could produce susceptibility isotherms
for the α-Pu and for the δ-Pu. These isotherms
are described by a single formula with one
materials dependent variable, the time constant
τ.
.)(')1)(()(),( / tTeTTTt D
t
vi χχχχ τ +−+= −
(2)
64
Here, χi(T) is the magnetization of
un
ANSION WITH AM
kn
Np) that creates a large number of vacancies
the
damaged sample, while χv(T) and χD(T)
arise from self damage. The temperature
dependence of χv(T) obeys the Curie-Weiss
law from which we deduce that self-damage
creates localized magnetic moments in
previously nonmagnetic plutonium. While
Eq. 2 may not be a unique description of the
data in Fig. 5 it allows us to extract the
dimensional nature of the disorder induced
magnetism. In the context of Eq. 2, the
parameter τ is proportional to an arbitrary
volume around the damage produced by the U
recoil and the alpha particle, which, because of
disorder, exhibits an effective magnetization.
We determined, by fitting the experimental
data to Eq. 2, that this volume includes many
more atoms (500,000) than are displaced by
the damage cascade (3000) estimated from
molecular dynamics.
4. LATTICE EXP
Plutonium and its simple binary alloys are
own to be extremely sensitive to impurities,
defects, and as we have shown above,
particularly disorder. In earlier work we have
added disorder by alloying plutonium with
americium, Pu1-xAmx, forming a stable fcc
phase (δ-Pu, β-Am) from 0.06<x<0.80 where
the lattice parameter increases with x [9]. The
electronic structure of americium is 5f6, thus it
has a J=0 ground state and its magnetic
susceptibility is primarily due to a large Van
Vleck contribution [10]. Being a single ion
effect this should be independent of the local
environment and thus should be insensitive to
radiation damage. Therefore, any changes
observed in the magnetic susceptibility of the
PuAm alloys that deviate from a simple linear
combination of the two end members should
reflect a change in the magnetic properties of
the plutonium. Preliminary results indicate that
the expanding of the lattice as a function of
Am concentration (negative pressure) results
in a tendency of the temperature dependent
partial susceptibility for the Pu sub-lattice to
exhibit a functional form which is indicative of
spin fluctuations. Additional disorder is added
to the alloys through the radioactive decay of
Pu and Am each of which produces a ~5 MeV
α-particle and a corresponding recoil (U or
Fig. 6. Increase in magnetic susceptibility
per mol Pu due to self damage
mulated at low temperatures. A
from the 22.4% Am specimen, the effect
ncreases with increasing lattice constant.
The curvature as a function of damage
suggests this effect is saturating
accu part
i
Fig. 7. Isochronal annealing curves for delta
phase Pu specimens. The distinct features of
the 4.3 at.% Ga stabilized phase are smeared
out in the Pu1-xAmx alloys. The 22.4% Am
alloy shows a remarkable increase in
agnetization near Stage I, that is more
Similar but less dramatic features are
annealing” may be indicative of a damage
induced metastable phase
m
clearly illustrated on a log scale in the inset.
observed in the 19% Am alloy. This “reverse
65
and interstitials, of which a substantial
tallic
co
5. CONCLUSION
We have ulation and
an
was performed under the
au
1. A.C. Dam enes. Point
D
ard //
A
A.
1
B.D. Wirth, M. Wall,
ltz,
H in G
d C. Vogt // Ann. Phys.
L
from Matthiesson’s
R
fraction, after relaxation, remain frozen in
place at low temperatures. Disorder from self-
damage increases with time and is observable
through magnetic susceptibility measurements,
where Curie Weiss behavior evolves and thus
demonstrates the creation of local magnetic
moments. These emergent moments may be
removed by thermal annealing, proving they
arise from the disorder created by vacancies
and interstitials. Radiation damage studies on
Pu1-xAmx alloys thus allow investigation of
how inherent chemical disorder and structural
disorder each influence the behavior of the
electronic structure of plutonium. In Fig. 6 we
observe accumulating magnetization for a
suite of Pu(Am) alloys as well as for Pu and
Pu(Ga). The data are plotted against alpha
decays per (Pu+Am) atoms. While there is a
trending in the data, what stands out is the
much larger response of the 22.4% Am alloy.
Careful annealing studies reveal a new low
temperature phase here to fore unknown.
In alloys, as opposed to interme
mpounds, the distinct phases of annealing
may be smeared out due to the disorder
inherent in the system. This is shown in Fig. 4
where the distinct stages observed in the Ga-
stabilized δ-Pu are no longer readily extracted
from the PuAm alloy curves. A second feature,
abundantly clear in the 22.4% Am specimen is
an anomalous increase in the signal retained
with increasing temperature, where the signal
grows to ~40X the initial damage signal near
the temperature where Stage I annealing takes
place in other alloys. This is illustrated in the
inset of Fig. 7, where the “fraction of damage
signal retained is shown on a log-log plot
along with the Ga-stabilized Pu specimen.
The 19% Am curve shows a similar tendency
beginning at roughly the same temperature,
although it is much less dramatic. In the
simple picture of annealing out damage, the
curve should monotonically decrease for each
higher temperature since less damage is
retained after successive anneals. Small
increases in annealing curves have been
observed previously [11] for several other
alloys such as Cu3Au, where the increase in
signal was termed “reverse annealing”. One
explanation for such behaviour is that the
radiation damage is either disordering an
ordered intermetallic system, or creating small
ordered regions in an otherwise disordered
system.
T
outlined defect accum
nealing experiments conducted on Pu,
Pu(Ga) and Pu(Am) over several years. Our
purpose is to illustrate to the reader that many
important defect properties of Pu and Pu alloys
are experimentally accessible. However, and
even more importantly we wish to caution that
there are complexities associated with the
solid-state physics of Pu and to a larger extent
the 5f series, and these complexities can and
do affect the defect properties. The energy
differences for the various solid-state phases of
Pu are of the order of mRyd. Hence the
entropic consequences of this order dependent
magnetism are likely to play an important role
in Pu and Pu alloys affecting the energy
surfaces of various properties such as mass
transport, phase transformation kinetics, and
phase stability.
This work
spices of the U.S. Department of Energy by
Lawrence Livermore National Laboratory
under Contract DE-AC52-07NA27344.
REFERENCES
ask and G.J. Di
efects in Metals // Chapter 3 Methods of
Analysis of Annealing Curves. Gordon and
Breach, New York London, 1963, p145.
2. R.O. Elliot, C.E. Olsen, G.H. Viney
cta Metallurugica. 1963, v. 11, 1129
3. D.A. Wigley // Proc. Royal Society
964, v. 284, 344.
4. M.J. Fluss,
.E. Felter, M.J. Caturla, A. Kuborta, and
T. Diaz de la Rubia // Journal of Alloys and
compounds. 2004, v. 368, is. 1-2, p. 62-74.
5. P. Ehrhart, P Jung, H. Schu
. Ullmaier. Landolt-Börnste roup II //
Crystal and Solid State Physics. V. 25, Atomic
Defects in Metals / ed. H. Ullmaier, Springer-
Verlag Berlin, 1991.
6. A. Matthiesson an
pzg. 1864, v. 122, p. 19.
7. J. Bass. Deviation
ule // Advances in Physics. 1970, v. 21(91),
p. 431.
66
8. S.K. McCall, M.J. Fluss, B.W. Chung,
M.W. McElfresh, D.D. Jackson, and
G.F. Chapline // PNAS. 2006, v. 103, p. 17179.
9. S.K. McCall, M.J. Fluss, B.W. Chung,
M.W. McElfresh, and R.G. Haire // Actinides
2006-Basic Science, Applications and
Technology. Symposium. Boston, MA:
Materials Research Society, 2007.
10. B. Kanellakopulos, et al. // Sol. St.
Comm. 1975, v. 17, p. 713.
11. E. Yagi, et al. // Phys. Rev. 1988, v. B 38,
p. 3189.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТОЧЕЧНЫХ
ДЕФЕКТОВ В МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ТОПЛИВЕ
М.Дж. Фласс, С.К. МакКолл
Ядерное металлическое топливо является одним из многих вариантов прогрессивного
ядерного топливного цикла, поскольку оно обеспечивает размерную стабильность,
механическую целостность, тепловой коэффициент полезного действия и радиационную
стойкость, в то время, как пиротехнология технически относится к проблемам
распространения специальных ядерных материалов и их перенацеливания. В данном
сообщении мы обсудим последние успехи, достигнутые нами при изучении изохронного
отжига каскадов повреждений в Pu и Pu(Ga), которые возникают в результате самораспада
Pu, а также характеристики отжига невзаимодействующих точечных дефектов,
образованных при облучении в ускорителе ионов. Сравнения этих двух популяций
дефектов, возникающих при разных исходных условиях, проливают свет и указывают на
сложные свойства дефектов и массопередачи в образцах плутония, которые мы только
сейчас начинаем понимать в результате многих модифицированных исследований.
Однако, что более важно, успех этих измерений указывает на путь получения важных
параметров массопереноса для сравнения с теоретическими предсказаниями или для
непосредственного использования при моделировании радиационных эффектов в уже
существующих и будущих материалах в качестве ядерного металлического топлива.
Мы обращаем внимание читателя на то, что эта статья основана целиком или частично
на более ранних публикациях авторов.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТОЧКОВИХ
ДЕФЕКТІВ В МЕТАЛЕВОМУ ПАЛИВІ
М.Дж. Фласс, С.К. МакКолл
Ядерне металеве паливо є одним із багатьох варіантів прогресивного ядерного
паливного циклу, оскільки воно забезпечує розмірну стабільність, механічну цілісність,
тепловий коефіцієнт корисної дії і радіаційну стійкість, в той час, як піротехнологія
технічно відноситься до проблем про розповсюдження спеціальних ядерних матеріалів та
їх перенасичення. У даному повідомленні ми обговоримо останні успіхи, досягнуті нами
при вивченні ізохронного відпалу каскадів пошкоджень в Pu і Pu(Ga), які виникають в
результаті саморозпаду Pu, а також характеристики відпалу невзаємодіючих точкових
дефектів, які утворились при опроміненні у прискорювачі іонів. Порівняння цих двох
популяцій дефектів, виникаючих при різних вихідних умовах, проливають світло та
вказують на складні властивості дефектів і масопередачі в зразках плутонію, які ми
починаємо розуміти тільки зараз у результаті багатьох модифікованих досліджень, Однак,
і це більш важливе, успіх цих вимірювань вказує шлях отримання важливих параметрів
масо переносу для порівняння з теоретичними прогнозуваннями, або для безпосереднього
використання при моделюванні радіаційних ефектів у вже існуючих та майбутніх
матеріалах у якості ядерного металевого палива.
Ми звертаємо увагу читача на те, що ця стаття заснована повністю або частково на
більш ранніх публікаціях авторів.
67
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96337 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T13:22:23Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Fluss, M.J. McCall, S.K. 2016-03-15T09:49:38Z 2016-03-15T09:49:38Z 2009 Experimental determination of metal fuel point defect parameters / M.J. Fluss, S.K. McCall // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 4. — С. 61-67. — Бібліогр.: 11 назв. — англ. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96337 Nuclear metallic fuels are one of many options for advanced nuclear fuel cycles because they provide dimensional stability, mechanical integrity, thermal efficiency, and irradiation resistance while the associated pyro-processing is technically relevant to concerns about proliferation and diversion of special nuclear materials. In this presentation we will discuss recent success that we have had in studying isochronal annealing of damage cascades in Pu and Pu(Ga) arising from the self-decay of Pu as well as the annealing characteristics of non-interacting point defect populations produced by ion accelerator irradiation. Comparisons of the annealing properties of these two populations of defects arising from very different source terms are enlightening and point to complex defect and mass transport properties in the plutonium specimens which we are only now starting to understand as a result of many follow-on studies. More importantly however, the success of these measurements points the way to obtaining important mass transport parameters for comparison with theoretical predictions or to use directly in existing and future materials modelling of radiation effects in nuclear metallic fuels. The way forward on such measurements and the requisite theory and modelling will be discussed. We bring to the attention of the reader that this article is based wholly or in part on earlier publications of the authors. Ядерне металеве паливо є одним із багатьох варіантів прогресивного ядерного паливного циклу, оскільки воно забезпечує розмірну стабільність, механічну цілісність, тепловий коефіцієнт корисної дії і радіаційну стійкість, в той час, як піротехнологія технічно відноситься до проблем про розповсюдження спеціальних ядерних матеріалів та їх перенасичення. У даному повідомленні ми обговоримо останні успіхи, досягнуті нами при вивченні ізохронного відпалу каскадів пошкоджень в Pu і Pu(Ga), які виникають в результаті саморозпаду Pu, а також характеристики відпалу невзаємодіючих точкових дефектів, які утворились при опроміненні у прискорювачі іонів. Порівняння цих двох популяцій дефектів, виникаючих при різних вихідних умовах, проливають світло та вказують на складні властивості дефектів і масопередачі в зразках плутонію, які ми починаємо розуміти тільки зараз у результаті багатьох модифікованих досліджень, Однак, і це більш важливе, успіх цих вимірювань вказує шлях отримання важливих параметрів масо переносу для порівняння з теоретичними прогнозуваннями, або для безпосереднього використання при моделюванні радіаційних ефектів у вже існуючих та майбутніх матеріалах у якості ядерного металевого палива. Ми звертаємо увагу читача на те, що ця стаття заснована повністю або частково на більш ранніх публікаціях авторів. Ядерное металлическое топливо является одним из многих вариантов прогрессивного ядерного топливного цикла, поскольку оно обеспечивает размерную стабильность, механическую целостность, тепловой коэффициент полезного действия и радиационную стойкость, в то время, как пиротехнология технически относится к проблемам распространения специальных ядерных материалов и их перенацеливания. В данном сообщении мы обсудим последние успехи, достигнутые нами при изучении изохронного отжига каскадов повреждений в Pu и Pu(Ga), которые возникают в результате самораспада Pu, а также характеристики отжига невзаимодействующих точечных дефектов, образованных при облучении в ускорителе ионов. Сравнения этих двух популяций дефектов, возникающих при разных исходных условиях, проливают свет и указывают на сложные свойства дефектов и массопередачи в образцах плутония, которые мы только сейчас начинаем понимать в результате многих модифицированных исследований. Однако, что более важно, успех этих измерений указывает на путь получения важных параметров массопереноса для сравнения с теоретическими предсказаниями или для непосредственного использования при моделировании радиационных эффектов в уже существующих и будущих материалах в качестве ядерного металлического топлива. Мы обращаем внимание читателя на то, что эта статья основана целиком или частично на более ранних публикациях авторов. This work was performed under the auspices of the U.S. Department of Energy by Lawrence Livermore National Laboratory under Contract DE-AC52-07NA27344. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Experimental determination of metal fuel point defect parameters Експериментальне визначення параметрів точкових дефектів в металевому паливі Экспериментальное определение параметров точечных дефектов в металлическом топливе Article published earlier |
| spellingShingle | Experimental determination of metal fuel point defect parameters Fluss, M.J. McCall, S.K. |
| title | Experimental determination of metal fuel point defect parameters |
| title_alt | Експериментальне визначення параметрів точкових дефектів в металевому паливі Экспериментальное определение параметров точечных дефектов в металлическом топливе |
| title_full | Experimental determination of metal fuel point defect parameters |
| title_fullStr | Experimental determination of metal fuel point defect parameters |
| title_full_unstemmed | Experimental determination of metal fuel point defect parameters |
| title_short | Experimental determination of metal fuel point defect parameters |
| title_sort | experimental determination of metal fuel point defect parameters |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96337 |
| work_keys_str_mv | AT flussmj experimentaldeterminationofmetalfuelpointdefectparameters AT mccallsk experimentaldeterminationofmetalfuelpointdefectparameters AT flussmj eksperimentalʹneviznačennâparametrívtočkovihdefektívvmetalevomupaliví AT mccallsk eksperimentalʹneviznačennâparametrívtočkovihdefektívvmetalevomupaliví AT flussmj éksperimentalʹnoeopredelenieparametrovtočečnyhdefektovvmetalličeskomtoplive AT mccallsk éksperimentalʹnoeopredelenieparametrovtočečnyhdefektovvmetalličeskomtoplive |