Ökad förståelse för diffusion av flyktiga fissionsprodukter i reaktorbränslematriser

Projekttitel: Ökad förståelse för diffusion av flyktiga fissionsprodukter i reaktorbränslematriser
Huvudsökande: Robert J.W. Frost, avdelningen för tillämpad kärnfysik
Medsökande: Eduardo Pitthan Filho och Daniel Primetzhofer, avdelningen för tillämpad kärnfysik
Beviljade medel: 5 000 000 SEK för perioden 2024-2028

I det föreslagna projektet kommer en doktorand (med placering vid Uppsala universitet) att rekryteras för att undersöka diffusionsegenskaperna hos flyktiga ämnen som Xe, Kr, I och Cs, i en rad olika kärnbränsletyper, under en rad olika termiska förhållanden. Kärnan i den metod som skall användas för att uppnå detta är jonimplantation av de flyktiga ämnena i obestrålat kärnbränsle följt av elementär djupprofilering med analys av elastisk rekyl med flygtidsdetektion. Bränsleproverna kommer sedan att glödgas och effekten av glödgningen utvärderas genom ytterligare djupprofilering. Detta är en ny metodik inom detta forskningsområde. Effekten av att köra jonimplantationen vid olika provtemperaturer kommer också att undersökas, liksom att utföra in-situ djupprofilering av bränsleprover medan de glödgas. Dessa allmänna förfaranden kommer att stödjas ytterligare av en rad andra materialkategoriseringstekniker, som kommer att ge korrelerad information om förändringar i provernas mikrostruktur. Slutligen kommer denna flerdimensionella analys att kombineras med detaljerad datormodellering av de fysikaliska förhållandena. De tre huvudsakliga vetenskapliga frågor som ska besvaras genom detta projekt är följande:

• Vad är samspelet mellan bränslets mikrostruktur och termisk diffusion av flyktiga fissionsprodukter?
• Vilket är samspelet mellan bränslekemi och den termiska diffusionen av flyktiga fissionsprodukter?
• Vilka brister kan identifieras i de nuvarande atomistiska modellerna av diffusionsprocessen som används för bränslekvalificering?

Doktorandprojektet kommer att kombinera perioder med industriell placering vid Westinghouse, Vattenfall och OKG, experimentellt arbete i laboratorierna vid både KTH och Uppsala universitet, samt modellering. Det föreslagna projektet omfattar forskning inom områdena kärnfysik, radiokemi och materialvetenskap, med en stark betoning på tillämpning av resultaten på de industriella intressenterna. På grund av projektets mycket samarbetsinriktade och tvärvetenskapliga karaktär har en handledargrupp med unikt kombinerade kompetenser satts samman för att stödja doktoranden, som representerar både den akademiska och den industriella sidan av samarbetet. Doktoranden kommer att anställas av avdelningen för tillämpad kärnfysik vid Uppsala universitet, och KTH och Westinghouse kommer också att spela en handledande roll. Vattenfall och OKG kommer att vara direkt involverade i projektet under hela dess löptid. De data som projektet kommer att ta fram kommer att få direkta konsekvenser för både nuvarande och framtida reaktordrift, utvecklingen av framtida bränsletekniker och långtidsförvaringen av bränslepatroner i Sveriges slutförvar. Därför kommer en stark kommunikation att hållas med både SSM och SKB genom hela projektet.