核能源材料


基于放射性核素纳米胶囊核电池

核电池是一种装置,其包括结合作用与换能器到衰变能量转换为电流的辐射源。在核电池设计中最重要的概念之一是建立使得换能器的尺寸相匹配以及与粒子意味着使得最大能量沉积实现自由路径。许多当前的光电子核电池设计涉及交替放射性同位素,衰减能量的换能器的板的层状结构,并且光生伏打(PV)电池。这些层状设计介绍在该效率损失发生若干接口,以及创建所述换能器的长度和颗粒范围,这导致总的器件效率通常小于2%之间的失配。基于在有机半导体技术和其消除源和换能器之间的界面,与我们通过在源极和换能器集成到单个相提高能量转换效率的放射性核素纳米包封(蛙)方法的新颖设计的进步。这个概念提出了光电核电池可输出效率比目前的国家的最先进的更大的新典范。

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荧光玻璃陶瓷与 151SM替代概念化蛙电池的核心


碳化硅的低温烧结

sic的第四代核反应堆设计膨胀和商业化将需要新的合适的高性能材料。具体地,这些新设计的严酷环境芯使材料选择与提供所期望的特性的几个候选中陶瓷非常具有挑战性。碳化硅是这些材料是一种用于结构和其它应用非常有吸引力的一个之中。然而用于结构应用中的使用碳化硅的是有限的,由于难以处理和加工。烧结温度,通常高于1800℃,以及需要高压(〜50MPa的)构成关键处理的缺点,而不需烧结助剂如TiO2,al2O3 或y2O3 表示的组合物控制的缺点,当纯度是一个问题。使用预陶瓷聚合物,聚碳硅烷,我们能够在温度低至850℃反应烧结碳化硅。


在氧化铀微观评价

为UO2 在轻水堆,热性能,裂变气体释放,孔隙迁移,肿胀和沉淀到包层的机械相互作用燃料是高度取决于其作为制造的微结构以及在操作历史和使用条件所招致的组织演变。在一般情况下,沿晶界的裂变产物扩散路径增加,并且裂变气体释放被有效地减少具有大晶粒的丸粒陶瓷是所希望的用于高燃耗的燃料。我们的工作目标是预测晶界迁移,孔隙和晶界的互动,晶粒生长动力学和组织演变在UO2 高的温度和在LWR燃料预期大的温度梯度的驱动力的作用下氧化物燃料。氧化铈由于其相似的氧化铀被用作替代氧化物建立协议。实验设计将通过执行高保真模型来模拟从制造到扩展燃耗UO2燃料被加速。建模将使用旱獭,这是simualating和理解材料,如随着时间的推移核燃料变化,以及如何捕捉照射下组织演变的工具。有效的工作提出了核燃料的更具预测性的性能提供了一个基准比较的能力。


惰性基质燃料

世界正面临着核废料的区域一个困难的问题。我们如何安全地生态负责的和经济可行的方式处理我们不断扩大的weapons-和反应堆级放射性核废料储存的?核废料可以在其被用于在其被转变成了危害较小的废物核反应堆千百年或废物可以被“烧”监视地面被掩埋。用于减少核废料有前途的方法是通过利用惰性基质燃料的废物在反应器中的嬗变。惰性基质燃料的执行需要与类似的热和中子性质UO一个稳定和耐辐射材料2。惰性基质充当用于高放射性废物的燃料反应器中的稀释剂和蜕变成一个较短的半衰期的同位素。该项目的目标是要了解对陶瓷材料的结构和性能中子辐射的影响。潜在的惰性基质材料,包括氧化镁 - 钕锆cercer复合材料(MgO的第二2ZR2O7)和基于镁单相的尖晶石化合物在爱达荷国家实验室在先进的测试反应器照射。温度和时间的反应器中的材料性能的影响目前正在研究。辐照后检查包括热扩散率,扫描电子显微镜和透射电子显微镜,以确定导致耐辐射性和对材料的热性能辐照损伤的影响的结构方面。

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插图:不同组合物和照射条件的持续照射后检验