A solid-state and X-ray spectroscopic study of transition-metal oxides: Developing materials for the sequestration of nuclear waste
过渡金属氧化物的固态和 X 射线光谱研究:开发用于封存核废料的材料
基本信息
- 批准号:RGPIN-2015-04156
- 负责人:
- 金额:$ 2.55万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2018
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2018-01-01 至 2019-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
INTRODUCTION: Many governments are considering expanding their fleet of nuclear power plants because of environmental concerns and the dwindling supply of fossil fuels. However, nuclear reactors produce radioactive waste. The long-term objective of this research program is the development of materials that can sequester nuclear waste.******OBJECTIVE 1: EFFECT OF THE STRUCTURE ON THE RADIATION RESISTANCE OF OXIDES: Titanium-containing crystalline oxides have received considerable attention for the sequestration of actinides because of their high chemical durability. A negative aspect of using crystalline materials for this application is that the decay of radioactive elements can result in the material becoming amorphous. The ability of materials to resist being damaged by radiation can be related to the structure. The objective of this study is to investigate the structural characteristics of a series of metal oxides containing corner-, edge-, and/or face-sharing metal-O polyhedra to understand the influence of crystal chemistry on the structural stability of the material. A comparative study of brannerite-, pyrochlore-, zirconolite-, and columbite-type oxides will be performed. Materials will be synthesized by solid-state methods and implanted using a beam of high-energy ions, which is an accepted method of simulating the effect of radioactive decay on a material. All materials will be studied by X-ray diffraction (XRD) and synchrotron radiation-based spectroscopic techniques.******OBJECTIVE 2: DEVELOPING GLASS-CERAMIC COMPOSITES: Spent nuclear fuel pellets are composed of a variety of fission products. We propose that glass-ceramic composites offer unprecedented flexibility for the sequestration of fission products. The objective of this study is the synthesis of glass-ceramic composites containing pyrochlore-, brannerite, or zirconolite-type oxides surrounded by a borosilicate glass. Composites involving slag from steel production will also be investigated. ******OBJECTIVE 3: THE INFLUENCE OF SYNTHETIC METHOD ON SITE DISORDER: Low-temperature synthesis methods are more economical to produce nuclear waste sequestration materials on the industrial scale compared to high-temperature methods. Site disorder within a structure may impact the resistance of the material to radiation-induced damage. The objective of this study is to determine how the synthetic method affects the metal site-disorder in zirconolite-, pyrochlore-, and perovskite- type oxides. ******SIGNIFICANCE: It is important to investigate various strategies to handle nuclear waste if we are to increase our reliance on nuclear power. This research program will be unique in that we will study how the resistance of materials to radiation damage changes depending on crystal structure, composition, and synthetic method. This program will also train students in solid-state chemistry and X-ray spectroscopy.
导言:由于环境问题和化石燃料供应的减少,许多政府正在考虑扩大核电站的数量。然而,核反应堆会产生放射性废物。这项研究计划的长期目标是开发能够隔离核废料的材料。******目的1:结构对氧化物抗辐射性能的影响:含钛晶体氧化物由于具有较高的化学耐久性,在隔离锕系元素方面受到了相当大的关注。在这种应用中使用晶体材料的一个不利方面是放射性元素的衰变会导致材料变成无定形。材料抵抗辐射破坏的能力可能与结构有关。本研究的目的是研究一系列含有角、边和/或面共用金属- o多面体的金属氧化物的结构特征,以了解晶体化学对材料结构稳定性的影响。将对银辉石型、焦绿石型、锆石型和烟柱型氧化物进行比较研究。材料将通过固态方法合成,并使用高能离子束植入,这是一种公认的模拟放射性衰变对材料影响的方法。所有材料将通过x射线衍射(XRD)和基于同步辐射的光谱技术进行研究。******目标2:开发玻璃陶瓷复合材料:乏燃料球团由多种裂变产物组成。我们提出,玻璃陶瓷复合材料为裂变产物的隔离提供了前所未有的灵活性。本研究的目的是合成含有焦绿石、银辉石或锆石型氧化物的玻璃陶瓷复合材料,这些氧化物被硼硅酸盐玻璃包围。还将研究涉及钢铁生产渣的复合材料。******目的3:合成方法对现场无序的影响:低温合成方法在工业规模上比高温合成方法更经济地生产核废料封存材料。结构内部的位置紊乱可能会影响材料对辐射引起的损伤的抵抗力。本研究的目的是确定合成方法如何影响锆石型、焦绿石型和钙钛矿型氧化物中的金属位无序性。******意义:如果我们要增加对核能的依赖,研究各种处理核废料的策略是很重要的。这个研究项目的独特之处在于,我们将研究材料对辐射损伤的抵抗力如何随着晶体结构、成分和合成方法的变化而变化。该计划还将培养学生在固态化学和x射线光谱学。
项目成果
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