Electron microscopy of nuclear graphite: A modelling approach
Electron microscopy of nuclear graphite: A modelling approach
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核石墨的电子显微镜：一种建模方法
DOI：
10.1088/1742-6596/371/1/012061
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发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Seabourne C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Seabourne C
石墨既是核反应堆的主要结构成分又是慢化剂。中子辐照后，会发生各种结构和性能变化。财产变更包括：热膨胀系数 (CTE)、杨氏模量和热阻率。这项工作的重点是使用电子能量损失谱 (EELS) 和成像技术来表征辐照石墨模型。已经发现了许多辐照石墨模型，其中在六边形层之间形成一个或多个间隙原子。在这项工作中，密度泛函理论 (DFT) 建模用于预测螺间隙位置的 EEL 光谱（碳 K 边缘），并将其与本体预测进行对比。我们观察到，对于螺间隙模型中的“类块体”位置，碳 K 边缘形状与真实块体的形状相似，从而证实了所用模型的有效性。对于螺间隙位置处的碳 K 边缘预测，尽管 π* 区域中的峰保持在大致相同的能量位置，但存在相当大的展宽，表明存在应变 sp 2 键合特征。 σ* 峰相对于 π* 区域的能量位置和强度都发生了显着改变。这些观察结果可以说与螺环戊烷中观察到的理想键合角应变的螺环间隙一致。还对螺间隙模型的 TEM 和 HAADF 图像进行了模拟。这些表明，在典型的 TEM 中，对于 (100) 取向，即使厚度约为 15Å，也很难观察到间隙。对于(S) TEM，也存在类似的情况。
Graphite acts as both a major structural component and moderator in nuclear reactors. Upon neutron irradiation, various structural and property changes occur. Property changes include; coefficient of thermal expansion (CTE), Young's modulus and thermal resistivity. This work focuses on the characterisation of irradiated graphite models using both electron energy-loss spectroscopy (EELS) and imaging techniques. A number of models of irradiated graphite have been found, whereby one or more interstitial atoms form between the hexagonal layers. In this work, density functional theory (DFT) modelling is used to predict EEL spectra (carbon K edges) at the spiro-interstitial position, and contrast those to bulk predictions. We observe that for a'bulk-like'position in the spiro-interstitial model, the carbon K edge shape is similar to that of true bulk, thus confirming the validity of the model used. For the carbon K edge prediction at the spiro-interstitial position, although peaks in the π* region remain in approximately the same energy positions, there is considerable broadening suggesting the presence of strained sp 2 bonding character. The σ* peak is significantly altered, both in energy position and intensity relative to the π* region. These observations are arguably consistent with a spiro-interstitial strained from the ideal bonding angles observed in spiro-pentane. Simulations of TEM and HAADF images of the spiro-interstitial model were also performed. These suggested that in a typical TEM, for the (100) orientation, even at a thickness of∼ 15Å the interstitial would be difficult to observe. In the case of (S) TEM, a similar situation exists.
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DOI：
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L. P. Semenov
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