Lithium and sodium incorporation in zirconia: a spectroscopic study
Description
Zircaloy is used as fuel cladding material. Lithium dissolved in the cooling water enhances its corrosion and incorporates into the oxide layer. It could substitute for zirconium atoms forming a solid solution or modify crystallographic structure of zirconia. The aim of this work is to determine the crystallographic structure and the local environment of dopant in Li and Na doped zirconia samples obtained by ionic implantation and coprecipitation route, and then to discuss their interest in term of 'lithium effect study'. Implanted zirconia samples are constituted by metallic aggregates oxidised at their surface. A third 'Na2ZrO3' local environment has been detected probably due to Na dissolved in zirconia. An experimental procedure has been developed allowing Li and Na doping by a coprecipitation route. Lithium and sodium hydroxide helps the stabilisation of metastable zirconia. Stabilisation doesn't seem to be due to alkaline substitution for zirconium but it must be connected to the effect of both alkaline hydroxides on the first precipitation steps. Similarities between Li doped zirconia by coprecipitation route and zirconia obtained by oxidation of zirconium in the presence of LiOH should help to understand the so-called 'lithium effect'. Finally sodium seems to be relevant to simulate lithium when samples are elaborated and studied at room temperature. It is not the case for annealed samples. (author)
Abstract (French)
Le zircaloy est un alliage de zirconium utilise comme materiau de gainage dans les reacteurs a eau pressurisee. Le lithium du circuit primaire de refroidissement est connu pour accelerer la cinetique de corrosion et s'incorporer dans la couche d'oxyde formee. Il pourrait se substituer a une fraction du zirconium pour former une solution solide, ou modifier la structure cristallographique de la zircone. La presente etude a pour but de determiner la structure cristallographique et l'environnement local du dopant dans des zircones modeles dopees au lithium par implantation ionique et par voie chimique, puis de discuter leur interet dans le cadre de 'l'effet lithium'. Les zircones dopees par implantation sont constituees d'agregats metalliques d'alcalins oxydes en surface. Un troisieme environnement local de type 'Na2ZrO3' est decele, probablement dû a la presence de sodium en solution solide dans la zircone. Un protocole experimental est mis en place permettant la synthese de zircone dopee aux alcalins par coprecipitation chimique. La lithine et la soude favorisent la stabilisation de la phase metastable de la zircone. Cette stabilisation ne proviendrait pas de la substitution du zirconium par le lithium, mais de l'effet de la lithine sur les premiers stades de formation du precipite. L'ensemble des similitudes existantes entre la zircone lithiee par coprecipitation et la zircone formee par oxydation du zircaloy en presence de lithine, devrait aider a comprendre 'l'effet lithium'. Si l'utilisation du sodium comme simulant du lithium nous semble pertinente dans les echantillons obtenus a temperature ambiante, elle ne semble pas adaptee a l'etude de systemes recuitsFiles
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Additional titles
- Original title (French)
- Incorporation du lithium et du sodium dans la zircone par implantation ionique et par voie chimique: approche spectroscopique
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 207 p.
- Report number
- FRCEA-TH--5368
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 48031684
- Subject category
- S36: MATERIALS SCIENCE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ABSORPTION SPECTROSCOPY; COPRECIPITATION; CRYSTAL DOPING; ION IMPLANTATION; LITHIUM; SODIUM; X-RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY; ZIRCONIUM OXIDES
- Descriptors DEC
- ALKALI METALS; CHALCOGENIDES; ELECTRON SPECTROSCOPY; ELEMENTS; METALS; OXIDES; OXYGEN COMPOUNDS; PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY; PRECIPITATION; SEPARATION PROCESSES; SPECTROSCOPY; TRANSITION ELEMENT COMPOUNDS; ZIRCONIUM COMPOUNDS
Optional Information
- Notes
- 109 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS-NKM website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/; Also available from Bibliotheque Universitaire Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75005 Paris (France)