Nuclear power technology is currently experiencing a revolutionary development process and its utilization is researched and debated throughout the world whereas sustainability is one of the most important topics in the material science arena. Some components in a nuclear power plant are subject to an irradiating environment which will cause significant damage to the material over time. Thus, it is of utmost importance that the affected materials are well designed for enduring such conditions because of the extensive lifetime of a nuclear power plant. The highly energetic particles that are inherent with nuclear reactions will generate point defects in the microstructure of the material which will alter its macroscopic behavior. Managing heat is crucial in a nuclear power plant and therefore this thesis is devoted to modeling the degradation effect on the lattice thermal conductivity as a result of the point defects, and to establish the intervening relation. This is achieved by ab initio simulations on supercells where the quantum-mechanical forces are calculated with density functional theory and with the generalized gradient approximation for the exchange-correlation term. The phonon Boltz- mann equation is solved by linearization and by using the relaxation-time ap- proximation which allows the lattice thermal conductivity to be calculated for the model. The phonon band modes and the phonon density of states is examined as well. To date there are no reports currently found in the literature where this topicis approached with similar methods. / Kärnkraftsteknologin genomgår just nu en revolutionerande utvecklingspro- cess och dess användning debatteras över hela världen där hållbarhet är en av de viktigaste ståndpunkterna i materialvetenskapsområdet. Vissa komponenter i ett kärnkraftverk blir utsatta för en bestrålande miljö vilket orsakat stor skada på materialet över tid. Det är därför av högsta vikt att dessa material är desig- nade för att motstå sådana miljöer på grund av kärnkraftverkens långa livstid. De högenergetiska partiklarna som är förekommande vid kärnreaktioner gene- rerar punktdefekter i materialets mikrostruktur vilka ändrar de makroskopiska egenskaperna hos materialet. Värmehantering är kritiskt i ett kärnkraftverk och därför är detta arbete de- dikerat till att modellera effekten av försämring av värmeledningsförmågan i kristallgittret, som resultat av punktdefekterna, och att definiera sambandet. Detta uträttas genom ab initio simuleringar av superceller där de kvantmekaniska krafterna beräknas med täthetsfunktionalsteori med en generaliserad approximation av täthetsgradienten för den tillhörande utbytes- och korrela- tionstermen. Boltzmann ekvationen löses med hjälp av linjärisering och med en approximation av relaxationstiden vilket används för att beräkna värmeledningen i gittret för modellen. Fononernas band-moder och tillståndstäthet undersöks därtill. För närvarande finns det inga rapporter bland litteraturen där detta ämne behandlas med samma metoder.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-277885 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Andersson, Robin |
| Publisher | KTH, Materialvetenskap |
| 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-ITM-EX ; 2020:308 |
Page generated in 0.0018 seconds