Abstrakt

Strahlungsstabilität von nanostrukturiertem, Ytrium stabilisiertem Zirkonia

 Santanu Ghosh

 Strahlenschäden in Materialien werden stark vom spezifischen Energieverlust (elektronischer Energieverlust (Se) und/oder nuklearer Energieverlust (Sn)), der Materialmikrostruktur (Korngröße) und der Umgebungstemperatur (Bestrahlungstemperatur) beeinflusst. Um die Abhängigkeit der Strahlungsverträglichkeit von diesen Faktoren systematisch zu verstehen, wurde Yttriumstabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) mit verschiedenen Korngrößen (zehn Nanometer bis wenige Mikrometer) unter verschiedenen Bedingungen bestrahlt (Einzelstrahlbestrahlung mit hochenergetischen (Se>>Sn)-Ionen bei 300 K und 1000 K, Einzelstrahlbestrahlung mit niederenergetischen (Sn>>Se)-Ionen bei 300 K und gleichzeitige Doppelstrahlbestrahlung mit hoch- und niederenergetischen Ionen bei 300 K). Die nieder- und hochenergetischen Ionen wurden ausgewählt, um die durch Alpha-Rückstöße bzw. Spaltfragmente verursachten Schäden zu simulieren, und so halfen die Bestrahlungen bei 1000 K und die Doppelstrahlbestrahlungen dabei, die typische Umgebung eines Kernreaktors besser zu simulieren. Bei den hochenergetischen (Einzelstrahl-)Bestrahlungen (i) wurden die nanokristallinen Proben im Vergleich zu den mikrokristallinen Proben unabhängig von der Bestrahlungstemperatur stärker beschädigt und (ii) der Schaden für alle Korngrößen war bei 1000 K geringer als bei 300 K. Interessanterweise war diese Schadensreduzierung bei den nanokristallinen Proben deutlich größer als bei den mikrokristallinen. Die Ergebnisse werden im Rahmen des thermischen Spike-Modells erläutert.