Teoretisk teknik til at forene uoverensstemmelser mellem krystallografiske og kemiske eksperimentelle resultater

En ANSTO-forsker har medforfatter til en ny teoretisk tilgang til at forklare uoverensstemmelser mellem krystallografiske og kemiske eksperimentelle data i den tilsyneladende transformation af en pyrochlor til defekt fluorit i La ₂ Zr ₂ O ₇ .

Modellen kan udvides til at forstå ældningen af ​​en stor klasse af komplekse oxider, såsom spineller, med praktiske anvendelser lige fra brændselsceller i fastoxid til design og håndtering af atomaffaldsformer.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

Professor Gordon Thorogood, en forsker i atombrændstofcyklus, der samarbejdede med kolleger, herunder David Simeone fra CEA og Da Huo en ph.d. -studerende og andre sagde, hvad der menes at være en faseændring for at defekte fluoritstruktur, kan, faktisk, ikke forekomme.

"Matrixmatematik foreslog, at en summering af toppe i de krystallografiske data får det til at se ud som om toppene er forsvundet, sagde Thorogood.

Diffraktionsmønstrene i La ₂ Zr ₂ O ₇ skyldes interferens af spredningsbølger mellem forskudte pyrochlore nanodomæner.

"Muligheden er blevet set med overraskelse, men betydelig interesse, da den fysiske mekanisme, der er ansvarlig for dannelsen af ​​en defekt fluoritstruktur, er stadig uklar."

I undersøgelsen, de ledte efter en ændring i lokal symmetri, der skulle have fundet sted med hensyn til faldende kornstørrelse. Finkornede pyrochlorkorn blev sintret ved forskellige temperaturer for at sonde rækkefølge ved forskellige længder.

Sammenligning af elektronenergitabspektroskopi (EELS) spektre indsamlet nær zanthonets lanthankant angav, at lokal symmetri i zirkoniet ikke varierede med hensyn til kornstørrelse. Deres resultater viste, at zirconiumets valenstilstand ikke varierede i småkornspyrochlorer.

Ud fra gruppeteori -beregninger, de fastslog, at defekten fluorit kan forstås at skyldes et ensemble -gennemsnit af forskellige perfekt ordnede domæner af specifik størrelse.

Defektfluoritstrukturen opnås uden at påberåbe sig samtidig disordering af anioner og kationer på atomniveau og resultatet af indviklet lidelse på grund af en tilfældig fordeling af fuldt ordnede nanodomæner, og det fjerner behovet for en ny fase i atomskalaen.

Defekt fluorit ligner mineralet fluorit med et enkelt kation- og anionsted. Den tilfældige blanding af ilt og ledige pladser på et enkelt sted reducerer cellen i pyrochlorenheden.

At forstå, hvordan skader opstår i en fluoritstriktur, er af stor interesse i atombrændstofcyklussen, fordi fluorit er indsnævring af urandioxid (UO2), det mest almindelige atombrændstof.

Strålingsskader menes at forårsage ændringen fra pyrochlor til defekt fluoritstruktur.

"Med et faseskift fra pyrochlor til defekt fluorit, du har også en lydstyrkeændring. Men hvis det ikke sker, du skal forstå hvorfor, sagde Thorogood.

Vi vil gerne forhindre hævelse forårsaget af skader på fluoritmatricerne i atombrændstof. "

"Nu hvor vi har bestemt iltets position, vi kan gå til undersøgelser, der er forårsaget af stråling. "