Mechanical properties and thermal conductivity of (U,Zr)SiO4
Mechanical properties and thermal conductivity of (U,Zr)SiO4
复制标题
(U,Zr)SiO4的机械性能和导热系数
DOI：
10.1016/j.jnucmat.2021.153160
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发表时间：
2021
影响因子：
3.1
通讯作者：
Muta Hiroaki
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ohishi Yuji;Sun Yifan;Ooi Yuu;Muta Hiroaki
在福岛第一核电站（1F）的堆芯熔化期间，熔化的堆芯材料穿透了反应堆压力容器（RPV），它们可能与一级安全壳（PCV）底部的混凝土发生了反应。通过这种熔融堆芯混凝土相互作用（MCCI），铀有可能溶解到ZrSiO 4中，形成（U，Zr）SiO 4固溶体。为了顺利进行燃料碎片的回收，需要关于所有可能的燃料碎片，包括MCCI产物的物理性质和关键特性的详细资料。然而，由于ZrSiO 4的合成困难，目前还没有关于其物理性质的研究报道。本研究采用放电等离子烧结法（SPS）制备了致密的（U，Zr）SiO 4样品，并分析了铀在ZrSiO 4中的溶解度。铀在ZrSiO_4中的溶解极限为1.6 - 2.6at%。用声速法计算了（U，Zr）SiO 4固溶体的力学性能。为了了解锆被铀取代对热传输的影响，使用激光闪光测量的热扩散率数据计算热导率。这是首次对（U，Zr）SiO_4的热物理性质进行研究，为我们更好地了解MCCI产物的性质提供了依据。
During the core meltdown at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (1F), molten core materials penetrated the reactor pressure vessel (RPV), and they may have reacted with the concrete at the bottom of the primary containment vessel (PCV). Through this molten core concrete interaction (MCCI), uranium could potentially dissolve into ZrSiO4and form a (U,Zr)SiO4solid solution. For fuel debris retrieval to proceed smoothly, detailed information on the physical properties and critically characteristic of all possible fuel debris, including MCCI products, is necessary. However, no studies have reported on the physical properties of uranium in ZrSiO4because it is difficult to synthesize. In this study, we fabricated dense (U,Zr)SiO4samples through the spark plasma sintering (SPS) of SiO2and (U,Zr)O2and analyzed the solubility of uranium in ZrSiO4. The solubility limit of uranium in ZrSiO4was found to be within 1.6 – 2.6 at%. The mechanical properties of the (U,Zr)SiO4solid solution were calculated using the samples’ sound velocities. To understand the effect zirconium substitution by uranium has on heat transport, the thermal conductivity was calculated using the thermal diffusivity data measured with laser flash. This is the first study on the thermophysical properties of (U,Zr)SiO4, and it provides us with a better understanding of the properties of MCCI products.
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