Gedoteerde UO2 en ThO2 splijtstof

UO2 en ThO2 gedopeerde brandstof
Onderzoek in de nucleaire sector moet snel genoeg kunnen evolueren om bij te houden met de groeiende vraag van industrie en nieuwe toepassingen. Veiligheid en een hoogrendement moeten behouden blijven voor zowel de brandstof als de reactor. Dankzij de ontwikkeling van nieuwe generatie nucleaire brandstof is reeds enorme vooruitgang geboekt.
Een breed spectrum aan fissie producten (FP) worden gevormd tijdens de fissie ketting reactie. Daarom is het belangrijk om voldoende kennis te verzamelen rond plaatselijke fenomenen die op atomische schaal optreden, de kristal chemie en het type defect dat tot stand komt wanneer een vreemd element in de UO2 matrix gebracht wordt. Het eerste doel van dit onderzoek is praktisch, zoals het beter begrijpen van de UO2 kristal stabiliteit. Anderzijds zijn er ook structurele en fundamentele eindpunten, zoals het onderzoek naar de coördinatie en de valentietoestand van vreemde elementen binnen de UO2 matrix, alsook het in model brengen van f-electron interacties.
Onderzoek naar de hierop gelijkende ThO2 structuur en het gedrag van vreemde elementen binnen deze structuur laten toe om meer exacte karakterisatie technieken te gebruiken. De complexiteit ligt bij het behoud van de 4+ valentietoestand door Thorium, in tegenstelling tot Uranium dat zowel een 4+, 5+ als een 6+ valentietoestand kan aannemen. Om de vooropgestelde doelen te bereiken zullen UO2 en THO2 zodanig aangemaakt worden dat zijn geen radioactieve FP als Cerium, Europium, Gadolinium en Zirconium bezitten.
Twee productie methoden werden gekozen: productie in vaste fase, welk bestaat uit het mechanisch mengen van UO2 met de doperende oxiden en sol-gel productie in oplossing, gevolgd door een thermische afbraak van de moleculaire precursoren.
De materialen worden gesinterd in verschillende atmosferen (variërend van sterk reducerend tot matig reducerend) bij hoge temperaturen (van 1500 °C tot 1750 °C). Onder deze omstandigheden worden vaste oplossingen van het vervuilend element en de UO2 matrix bekomen (ofwel over het gehele mengdomein of tot een bepaalde solubiliteitslimiet bereikt wordt). Onze voornaamste interesse is het onderzoeknaar de vervormde gastheermatrix sturctuur naast het doperende agens.
De eindproducten zullen onderzocht worden met X-ray diffractie om de invloed van het doperende agens op de kristal rooster parameter te bepalen. De resultaten van de experimentele rooster parameter zullen gebruikt worden voor de validatie van moleculaire dynamica (MD) berekeningen. De homogeniteit en de microstructuur van de gedopeerde UO2 en ThO2 zone zal bepaald worden via scanning electron microscopie (SEM) en electron probe analyse (EPMA). Het gedopeerde ThO2 zal gekarakteriseerd worden aande hand van optische absorptie en luminiscentie spectroscopie zodat de plaatstelijke structuur van de doperende ionen in de gastheermatrix kunnen bepaald worden. De resultaten van de karakterisatie zullen afhangen van de twee geselecteerde productie methoden: sol-gel en vaste fase.