The effect of proton (H+) irradiation on uranium mononitride (UN) and UN compositefuel with 10 at.% ZrN (UN10at%ZrN) was examined. Protons of 2 MeV with fluences of1E17, 1E18, 1E19 and 1E20 ions/cm2 were accelerated towards the fabricated samples in orderto investigate the evolution of the micro-structure. Stopping and Range of Ions in Matter(SRIM) calculations were performed to determine the displacements per atom associatedwith the depth of the highest damage, for each fluence.X-Ray diffraction (XRD) was used in both samples to identify the chemical composition ofeach pellet, which revealed the low presence of oxygen. Based on scanning electron microscopy(SEM), deterioration of the samples surface was observed, as the proton fluence increased.The applied stress due to the irradiation, led to the cracking of the pellets at the highestfluences. Blisters and craters appear to surround the cracked region, which might originatefrom the significant levels of hydrogen implantation within the samples.From Electron backscatter diffraction (EBSD) analysis, the grain size of the UN10at%ZrNcomposite was found to be smaller than in UN, due to the nano-particle nature of the ZrNpowder. The latter technique was also used to observe the elevated irradiated regions, whichwere further investigated by atomic force microscopy (AFM). Nano-indentation detectedirradiation hardening for both samples in the irradiated regions. Focused ion beam (FIB)milling was applied to remove lamellas from the cracked regions in both UN and compositesamples in order to be analyzed by transmission electron microscopy (TEM). The latter mightreveals the formation of dislocation loops in the irradiated areas. / Effekten av protonbestrålning på urannitrid (UN) och UN-kompositbränsle med 10 at.% ZrN (UN10at%ZrN) undersöktes. Protoner på 2 MeV med total dos på 1E17, 1E18, 1E19 och 1E20 joner/cm2 accelererades mot de tillverkade proverna för att undersöka utvecklingen av mikrostrukturen under bestrålning. SRIM-beräkningar (Stopping and Range of Ions in Matter) utfördes för att bestämma profilen på skadan och jonimplanteringen i förhållande till djupet, för varje dosnivå. Röntgendiffraktion (XRD) användes på båda proverna för att identifiera den kemiska sammansättningen av varje kuts, vilket visade att syrehalten var låg. Med hjälp av svepelektronmikroskopi (SEM) observerades en försämring av provernas yta när protonflödet ökade. Den resulterande mekaniska spänningen överskred provets brottstyrka på djupet, eftersom nitriderna inte är så duktila, vilket ledde till sprickbildning i proverna som utsattes för de högsta doserna. Blåsor och kratrar omger det spruckna området, vilket beror på betydande väteimplantering i provet. Genom electron backscatter diffraction analys (EBSD) konstaterades att kornstorleken hos UN10at%ZrN-kompositen var mindre än hos UN, på grund av ZrN-pulvrets nanopartikelnatur. Den sistnämnda tekniken användes för att observera de högt bestrålade områdena, som undersöktes ytterligare med Atomic force microscopy (AFM). Genom nano-indientation upptäcktes bestrålningshärdning för båda proverna i de bestrålade områdena. Fräsning med en fokuserad jonstråle (FIB) användes för att avlägsna lameller från de spruckna områdena i både UN- och kompositprovet för att kunna analyseras med transmission electron microscopy (TEM). Det senare visade att det bildades dislokationer i de bestrålade områdena.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-328391 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Giamouridou, Maria |
| Publisher | KTH, Fysik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2023:040 |
Page generated in 0.0024 seconds