- Silizium in TRISO-Brennstoffpartikeln entdeckt, bereits vor der Bestrahlung vorhanden.
- Diese Entdeckung stellt die Annahme in Frage, dass Silizium aus der Schutzschicht stammt.
- Die Forschung deutet darauf hin, dass das Vorhandensein von Silizium mit dem Herstellungsprozess des Brennstoffs zusammenhängt.
- Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift "Nuclear Materials" veröffentlicht.
Forscher aus Kanada haben Silizium in dem robusten Kernbrennstoffmaterial TRISO entdeckt, und zwar bereits bevor die Partikel in den Reaktor gelangen. Diese Entdeckung stammt von Professorin Samantha Gateman und ihrem Team von der Western University, die TRISO-Brennstoffpartikel im Rahmen eines größeren Projekts untersuchen, das darauf abzielt, die chemischen Eigenschaften dieses Materials zu charakterisieren. Die Forschung zielt darauf ab, die chemischen Eigenschaften von Kernbrennstoffmaterialien zu untersuchen, um zukünftige sichere Entsorgungsmethoden zu unterstützen und zu verstehen, wie sie sich im Laufe der Zeit durch chemische Reaktionen zersetzen.
Um festzustellen, wo die Korrosion oder der Verfall des spaltbaren Materials beginnt und wie sie sich im Laufe der Zeit ausbreitet, begannen die Postdoktoranden Soroosh Hakimian und Shamim Pourrahimi aus Gateman's Labor, die Zusammensetzung des Materials zu untersuchen. Die TRISO-Brennstoffpartikel sind so klein wie Mohnsamen und sind in eine schützende Beschichtung eingehüllt. In ihren Experimenten stellte das Team fest, dass Silizium bereits vor der Bestrahlung in den Partikeln vorhanden war.
Die erstaunliche Entdeckung von Silizium
Gateman erklärte: "Wir haben Silizium in den Brennstoffpartikeln entdeckt, noch bevor sie in den Reaktor gelangen. Das bedeutet, dass wir nicht automatisch annehmen können, dass das Silizium, das wir in bestrahltem Brennstoff sehen, von der Siliziumkarbid-Beschichtung migriert ist." Die Forscher weisen darauf hin, dass diese Entdeckung überraschend ist, da TRISO als eines der robustesten Kernbrennstoffdesigns gilt. Jede kleine Brennstoffpartikel ist von mehreren Schichten umgeben, die dazu dienen, radioaktive Spaltprodukte einzuschließen.
Frühere Studien zeigten, dass Silizium in TRISO-Brennstoff nach der Exposition gegenüber extremen Temperaturen und Strahlung im Reaktor auftritt. In diesen Studien wurde angenommen, dass Silizium aus der umgebenden Siliziumkarbid-Schutzschicht migriert. Gateman und ihr Team haben jedoch in ihrer neuesten Forschung gezeigt, dass Silizium bereits vorhanden war, bevor der Brennstoff in den Reaktor gelangte.
Siliziumpartikel im Herstellungsprozess
Laut den Forschern setzt dies einen neuen Maßstab für das Verständnis der Veränderungen von Silizium während des Betriebs im Reaktor. Gateman erklärte in einer Stellungnahme, dass dies auch neue Fragen aufwirft, wie das Material ursprünglich in die Brennstoffpartikel gelangte. Gateman erwähnte, dass diese Entdeckung das Team dazu veranlasste, den Herstellungsprozess des Brennstoffs erneut zu betrachten. Das spaltbare Material wird durch einen Prozess namens Sol-Gel-Herstellung erzeugt. In diesem Prozess wird das uranhaltige Material durch Eintauchen in ein heißes Silikonölbad in kleine Kügelchen umgewandelt. Diese Eintauchzyklen erfolgen, bevor die Partikel irgendeiner Wärmebehandlung unterzogen werden und ihre Schutzbeschichtung erhalten.
Um zu überprüfen, ob Siliziumpartikel während des Herstellungsprozesses eingedrungen sind, untersuchte das Team die Brennstoffpartikel im nackten Zustand und im vollständig beschichteten Zustand. Sie entdeckten in jeder Phase Silizium, was die Forscher überraschte. Gateman sagte: "Der überraschende Teil ist das Bewusstsein, dass Silizium möglicherweise mit der Art und Weise, wie der Brennstoff hergestellt wird, zusammenhängt. Aus chemischer Sicht ist die Zusammensetzung des Öls wichtig, da das Material während des Prozesses der Bildung der Brennstoffpartikel damit interagiert."
Die Forscher schlussfolgern, dass das in TRISO vorhandene Silizium nicht das Ergebnis des nachfolgenden Beschichtungsprozesses ist; vielmehr war es bereits während des Herstellungsprozesses der Kernpartikel vorhanden. Diese Ergebnisse wurden in der Zeitschrift "Nuclear Materials" veröffentlicht.
Zusammenhang zwischen der Herstellung und den Eigenschaften von TRISO-Brennstoff
Die Forschung zu TRISO-Brennstoff hat das Vorhandensein von Silizium in den Kernbrennstoffpartikeln aufgedeckt, was nicht nur die bisherigen Annahmen über die Herkunft des Siliziums in Frage stellt, sondern auch zukünftige Brennstoffdesigns und Sicherheitsaspekte beeinflussen könnte. Die Entdeckung des Forschungsteams deutet darauf hin, dass das Vorhandensein von Silizium eng mit dem Herstellungsprozess des Brennstoffs verbunden ist, was unser Verständnis der chemischen Eigenschaften von Kernbrennstoffmaterialien verändern könnte. Mit der Entwicklung der Kernenergietechnologie ist das Verständnis des Verhaltens dieser Materialien entscheidend für die Gewährleistung der Sicherheit und Effizienz der Kernenergie.