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Effect of grain size on gas bubble evolution in nuclear fuel:Phase-field investigations

Chinese Physics B 2024年第1期33卷 563-572页

作者：孙丹杨青峰赵家珺高士鑫辛勇周毅尹春雨陈平赵纪军王园园 Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory Nuclear Power Institute of ChinaChengdu 610213China Key Laboratory of Materials Modification by Laser Ionand Electron BeamsDalian University of TechnologyDalian 116024China

Numerous irradiation-induced gas bubbles are created in the nuclear fuel during irradiation, leading to the change of microstructure and the degradation of mechanical and thermal properties. The grain size of fuel is one of the important factors affecting bubble evolution. In current study, we first predict the thermodynamic behaviors of point defects as well as the interplay between vacancy and gas atom in both UO_(2) and U_(3)Si_(2) according to ab initio approach. Then, we establish the irradiation-induced bubble phase-field model to investigate the formation and evolution of intra-and inter-granular gas bubbles. The effects of fission rate and temperature on the evolutions of bubble morphologies in UO_(2) and U_(3)Si_(2) have been revealed. Especially, a comparison of porosities under different grain sizes is examined and analyzed. To understand the thermal conductivity as functions of grain size and porosity, the heat transfer capability of U_(3)Si_(2) is evaluated.

关键词： grain size point defects fission gas bubble

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