Le premier aperçu mondial à l’échelle atomique du futur flamable nucléaire montre remark le chrome pourrait améliorer les performances

Dans le cadre d’une première mondiale, une recherche collaborative a montré qu’une substance pouvant être ajoutée aux carburants avancés s’accumule dans des zones spécifiques, leur conférant des propriétés souhaitables. À l’aide de microscopes incroyablement puissants du Laboratoire nucléaire nationwide du Royaume-Uni, l’Université de Bangor au Will pay de Galles a contribué à analyser le flamable fabriqué par Westinghouse.

Résultats publiés dans Magazine des matières nucléaires Cela aidera à l. a. prise de décision sur les futures applied sciences de réacteurs.

Construction du flamable nucléaire

Lorsque l’on regarde l. a. façon dont les atomes s’assemblent, de nombreux matériaux ont une construction cristalline. De l. a. même manière que le carbone peut former des diamants, les métaux et les oxydes métalliques peuvent former des cristaux. Ces cristaux sont petits, généralement seulement quelques dizaines de micromètres de diamètre, et s’ajustent dans des instructions aléatoires. Chaque cristal est appelé une perle. Los angeles taille, l. a. forme et l. a. composition, ainsi que l. a. manière dont elles s’assemblent, affectent les propriétés d’un matériau.

Certains combustibles nucléaires sont fabriqués à partir de dioxyde d’uranium, une poudre qui est comprimée et chauffée selon un processus appelé frittage, pour former des pastilles solides. Le dioxyde d’uranium est utilisé dans les réacteurs nucléaires du monde entier depuis des décennies. Les futurs réacteurs avancés apporteront probablement quelques adjustments mineures au flamable, afin d’améliorer les performances du réacteur.

“Le flamable nucléaire a évolué au fil des décennies et, à mesure que les ways d’analyse évoluent, nous avons de nouvelles opportunités de collecter davantage d’informations pouvant conduire à une meilleure compréhension”, explique Dave Goddard, chercheur en fabrication de flamable et responsable method foremost du Laboratoire nucléaire nationwide.

“L’un des sides de ce développement consiste à examiner remark des éléments chimiques tels que le chrome peuvent être ajoutés aux carburants, ce qui présentera de nombreux avantages. Être succesful d’examiner les carburants au niveau atomique est une réalisation vraiment remarquable qui a été rendue conceivable grâce à cette collaboration. entre NNL, l’Université de Bangor et Westinghouse.” ”

De l’oxyde de chrome peut être ajouté au carburant pour améliorer le processus de frittage, ce qui donne des pellets plus denses et plus gros. Étant donné que le however ultime d’un réacteur nucléaire est de produire de l. a. chaleur qui peut être utilisée pour d’autres processus tels que l. a. manufacturing d’électricité à faible teneur en carbone, des pellets plus gros facilitent le transfert de chaleur.

De petits espaces peuvent exister entre les grains. Bien que son épaisseur ne soit que de quelques atomes, elle suffit à affecter l. a. manière dont l. a. chaleur est transférée à travers l. a. pastille de flamable et permet à certains gaz de se cacher. Des granulés plus gros signifient que chaque granulé contient moins de grains, donc il y charisma moins de petits espaces.

Selon le professeur Simon Middleberg de l’Université de Bangor, « les scientifiques savaient depuis un sure temps que l’ajout de chrome améliore le processus de frittage, et bien que les modèles suggèrent que cela pourrait être dû à l. a. présence de chrome sur les bords des grains, personne n’en savait rien. » J’ai fait des recherches sur Gasoline « Assez près pour donner une symbol claire de ce qui se passe. »

Une instance distinctive de collecter de nouvelles informations

Le Laboratoire nucléaire nationwide possède une longue expérience dans le développement de flamable nucléaire et abrite un ensemble de microscopes puissants adaptés à l. a. manipulation de matières radioactives. Ces microscopes sont fournis à l. a. communauté nucléaire au sens massive par l’intermédiaire de l’Set up nationale des utilisateurs nucléaires. “Sans le soutien du Nationwide Nuclear Consumer Facility, cette recherche vitale n’aurait jamais été conceivable”, explique le professeur Middleberg. “Les réunions régulières ont fourni une instance idéale de rencontrer des professionals du Laboratoire nucléaire nationwide et de nouer des collaborations.”

Contrairement aux microscopes généralement utilisés en laboratoire qui utilisent l. a. lumière visual, ces microscopes plus puissants utilisent un faisceau d’électrons. L’interplay des électrons avec l. a. matière peut être utilisée pour générer une symbol haute résolution permettant de voir les atomes individuels.

En observant les pastilles de flamable avec ces puissants microscopes électroniques, on peut observer l. a. disposition régulière des atomes dans les grains. En examinant de plus près les joints de grains, il était clair qu’ils étaient désordonnés. Les joints de grains dans le flamable contenant du chrome ont une épaisseur d’environ trois atomes, mais dans le dioxyde d’uranium pur, ils sont généralement plus petits. Ce qui est le plus frappant, c’est qu’il y a une plus grande quantité de chrome aux joints de grains que dans le reste du grain.

Des changements à petite échelle ont un affect necessary sur les performances du carburant

Au cours de l. a. recherche, le carburant a été produit par une méthode commerciale qui consistait à le chauffer à une température de plus de 1 770 degrés Celsius dans une atmosphère d’hydrogène et de dioxyde de carbone. L’ajout de chrome aux carburants ainsi fabriqués affecte l. a. construction et l. a. chimie des joints de grains. Bien que l’oxyde de chrome doive être mélangé au dioxyde d’uranium, il se sépare lors du processus de frittage. L’commentary de ces limites désordonnées de grains riches en chrome donne un aperçu de l. a. façon dont se forment les grains plus gros.

“Faire des recherches passionnantes est ce qui nous permet de continuer”, déclare le Dr Adam Kaiser, scientifique en chef en microscopie électronique au Laboratoire nucléaire nationwide. “Être succesful de voir ce que font les atomes individuels est fascinant, et cela ne peut être réalisé qu’en appliquant notre experience. dans l’analyse à l’échelle nanométrique en utilisant des « investissements ». Des hundreds of thousands de livres sterling dans des microscopes modernes. « Ce sort d’analyse détaillée élargit nos connaissances déjà approfondies sur le flamable nucléaire, contribuant ainsi au développement de applied sciences avancées qui contribuent à atteindre le zéro web. »

Ces résultats signifient que le nouveau flamable nucléaire peut être réglé avec précision pour fonctionner dans une plus grande variété de stipulations que le dioxyde d’uranium conventionnel. Les joints de grains irréguliers sont censés faire adhérer les pastilles à leur gaine, améliorant ainsi le flux d’énergie thermique vers le liquide de refroidissement du réacteur, le rendant ainsi plus efficace.

Le rayonnement peut faire sortir les atomes d’une construction cristalline, mais les joints de grains désordonnés sont moins affectés et peuvent empêcher l. a. construction cristalline de changer. Los angeles fission de l’uranium créera différents éléments chimiques dans le flamable qui modifieront également sa construction. Les joints de grains riches en Cr, avec leur construction désordonnée, permettront aux grains de glisser les uns sur les autres. Cela signifie qu’ils peuvent changer de forme sans augmenter les contraintes mécaniques dans l. a. coque flamable. Tout cela signifie que le carburant sera incroyablement puissant.

“Nous savons depuis longtemps que l’ajout de très petites quantités d’autres éléments entraîne des avantages significatifs en termes de densité du carburant, de taille des grains et de fluage des matériaux à haute température”, explique Mathias Boyd, ingénieur en fabrication et traitement du carburant chez Westinghouse. On a débattu pour savoir si ce dopage s’opérait dans l. a. majeure partie du grain ou à l’intérieur des limites du grain.

“Ces nouvelles mesures mettent clairement en évidence que le chrome ajouté agit au niveau des joints de grains. Cela nous permet de mieux comprendre le fonctionnement du dopage, et ces connaissances seront utiles pour le développement ultérieur de nouveaux carburants.”

Un changement aussi easy de flamable peut améliorer considérablement les performances du réacteur. Les assets d’énergie propres et efficaces telles que l’énergie nucléaire contribueront grandement à atteindre les objectifs de zéro émission nette et à résoudre l. a. crise énergétique.