ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОПИРОВАНИЯ MgO НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИК НА ОСНОВЕ МЕТАЦИРКОНАТА ЛИТИЯ

В работе представлены результаты изучения влияния допирования оксидом магния (MgO) литийсодержащих керамик на основе метацирконата лития (Li₂ZrO₃) на изменение теплофизических параметров керамик. В качестве основного метода для получения керамик, а также осуществления процессов допирования MgO был выбран метод механохимического синтеза с последующим высокотемпературным отжигом при температуре 1300 °С, используемым для инициализации процессов фазовых трансформаций структурного упорядочения. В ходе проведенного рентгенофазового анализа было установлено, что увеличение концентрации допанта MgO выше 0,10 моль приводит к формированию в структуре керамик примесных включений в виде тетрагональной фазы MgLi₂ZrO₄, содержание которой увеличивается при изменении концентрации допанта. В случае концентрации допанта 0,25 моль фазовый состав керамик представляет собой равновероятное распределение двух фаз – моноклинной Li₂ZrO₃ и тетрагональной MgLi₂ZrO₄. В ходе измерения теплофизических параметров было установлено, что формирование фазы MgLi₂ZrO₄ в составе керамик приводит к увеличению коэффициента теплопроводности на 5–10%, а в случае равновероятного распределения фаз в двухфазных MgLi₂ZrO₄ – Li₂ZrO₃ керамиках увеличение теплопроводности составляет более 25% в сравнении с недопированными керамиками. Увеличение эффективности теплопроводящих свойств для двухфазных керамик обусловлено увеличением скорости фононной передачи тепла за счет дополнительных межфазных границ, а также увеличения степени структурного упорядочения и плотности керамик.

1. Khan I. et al. Alternate energy sources and environmental quality: The impact of inflation dynamics // Gondwana Research. – 2022. – Vol. 106. – P. 51–63.

2. Çakar N. D. et al. Nuclear energy consumption, nuclear fusion reactors and environmental quality: The case of G7 countries // Nuclear Engineering and Technology. – 2022. – Vol. 54, №. 4. – P. 1301–1311.

3. Barabash V. et al. Materials challenges for ITER–Current status and future activities // Journal of Nuclear Materials. – 2007. – Vol. 367. – P. 21–32.

4. Janeschitz G. et al. Plasma–wall interaction issues in ITER // Journal of Nuclear Materials. – 2001. – Vol. 290. – P. 1– 11.

5. Tanabe T. (ed.). Tritium: Fuel of fusion reactors. – Tokyo: Springer Japan, 2017. – P. 1–30.

6. Stefanelli E. et al. Li4SiO4 breeder pebbles fabrication by a sol-gel supported drip casting method // Fusion Engineering and Design. – 2022. – P. 113014–113020.

7. Lulewicz J. D. et al. Behaviour of Li2ZrO3 and Li2TiO3 pebbles relevant to their utilization as ceramic breeder for the HCPB blanket // Journal of nuclear materials. – 2000. – Vol. 283. – P. 1361–1365.

8. Lee Y. L. et al. Density functional theory study of the point defect energetics in γ-LiAlO2, Li2ZrO3 and Li2TiO3 materials // Journal of Nuclear Materials. – 2018. – Vol. 511. – P. 375–389.

9. Miller J. M., Verrall R. A. Performance of a Li2ZrO3 sphere-pac assembly in the CRITIC-II irradiation experiment // Journal of nuclear materials. – 1994. – Vol. 212. – P. 897–901.

10. Kordatos A. et al. Defect processes in Li2ZrO3: insights from atomistic modelling // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. – 2017. – Vol. 28, No. 16. – P. 11789–11793.

11. Anokhina I. et al. Electrical Properties and Chemical Resistance of the Composites (1-x) Gd2Zr2O7• x MgO in Li-Containing Chloride Melts // Processes. – 2023. – Vol. 11, No. 4. – P. 1217.

12. Nishio R. et al. Reduction of MHD pressure drop by electrical insulating oxide layers in liquid breeder blanket of fusion reactors // Nuclear Materials and Energy. – 2023. – Vol. 34. – P. 101382.

13. Manchanda V. K. Thorium as an abundant source of nuclear energy and challenges in separation science // Radiochimica Acta. – 2023. – Vol. 111, No. 4. – P. 243–263.

14. Rebuffi L. et al. MCX: a Synchrotron Radiation Beamline for X‐ray Diffraction Line Profile Analysis // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. – 2014. – Vol. 640. – No. 15. – P. 3100–3106.

15. Pinto C. C., Campelo P. H., Michielon de Souza S. Rietveld‐based quantitative phase analysis of B‐type starch crystals subjected to ultrasound and hydrolysis processes // Journal of Applied Polymer Science. – 2020. – Vol. 137. – No. 47. – P. 49529.

16. Puerta J., Martin P. Three and four generalized Lorentzian approximations for the Voigt line shape // Applied optics. – 1981. – Vol. 20. – No. 22. – З. 3923–3928.

17. Hoshino Tsuyoshi. Pebble fabrication of super advanced tritium breeders using a solid solution of Li2+ xTiO3+ y with Li2ZrO3. // Nuclear Materials and Energy. – 2016. – Vol. 9. – P. 221–226.

18. Leys, O., Kolb, M. H. H., Pucci, A., & Knitter, R. Study of lithium germanate additions to advanced ceramic breeder pebbles. // Journal of Nuclear Materials. – 2019. – Vol. 518. – P. 234–240.