Universitet 2018 – fira med oss

Utskrift från Malmö universitets webbplats www.mah.se

Kvantmekanisk modellering av fasstabilitet hos Zr-H

Kontaktperson: Pär Olsson
Ansvarig: Pär Olsson
Medarbetare: Jakob Blomqvist
Finansiär: Crafoordska stiftelsen
Tidsram: 2016-09-01 -- 2017-08-31
Fakultet/institution: Fakulteten för teknik och samhälle, Institutionen för materialvetenskap och tillämpad matematik

Bränslekappslingen i dagens lätt- och tungvattens kärnkraftsreaktorer består uteslutande av zirkoniumlegeringar, då de har många av de kvalitéer som önskas hos ett material som utsätts för en så pass hård miljö som i reaktorhärden. Under drift är bränslekappslingen i ständig kontakt med vatten vilket gör att väte frigörs och diffunderar in i materialet och bildar s.k. hydrider.

Hydrider är väldigt spröda vilket innebär att de lätt kan spricka, som i sin tur kan leda till haveri och läckage av de radioaktiva biprodukter som bildas i härden. För att undvika detta önskar man göra s.k. livslängdsuppskattningar av bränslekappslingen, vilket kräver god kännedom om hydridernas mekaniska och termodynamiska egenskaper. I zirkonium bildas tre hydrider och med undantag av en, den s.k. gamma-hydriden, är dess egenskaper väldokumenterade. Dock är gamma-hydriden fortfarande en gåtfull fas då man inte har lyckats utröna huruvida den är stabil eller om den är metastabil och än mindre vid vilken temperatur och tryck som den bildas.

Syftet med projektet är att med hjälp av kvantmekanisk modellering studera fasstabiliteten hos hydriderna och framförallt fastställa huruvida gamma-hydriden är stabil eller metastabil. Vidare ämnar vi klargöra vid vilken vätekoncentration, tryck och temperatur som den bildas. Projektet är lovande och ligger rätt i tiden. Det finns ett stort intresse, framförallt från kärnkraftsindustrin, att få en förståelse för hur yttre påverkan i form av temperatur och tryck påverkar mikrostrukturen hos bränslekappslingen. Detta är av central betydelse för att kunna göra tillförlitliga livslängdsuppskattningar och säkerställa en säker drift.

Description in English

The objective of the proposed project is to investigate the phase stability of zirconium hydrides using first principles based modelling. In particular, because of the contradictory reports in the literature, we intend to map out the range of temperature, pressure and hydrogen content for which the -hydride is stable. Such knowledge is necessary for making reliable lifetime assessments for fuel cladding materials in nuclear power reactor cores. The adopted modelling strategy is a coarse-grained quantum mechanical modelling technique that can be used to predict how temperature and pressure influence the thermodynamic stability of different hydride morphologies.

Senast uppdaterad av Magnus Jando