掺杂铬的铈盐燃料：综述
材料科学
2025-10-10 v1
摘要
掺杂铬的 UO2 粉末被视为潜在的近期容错燃料候选材料。本文综合了数十年产业和学术界对 Cr 掺杂 UO2 研究成果，并批判性地分析其局限性。聚焦于 Cr 掺入燃料基质的机制，本文探讨了 Cr 掺杂 UO2 特征性质的机理理解，尤其是由于烧结后晶粒尺寸增大导致的气体脱气 retention 增强，以及热力学性质的边际改进。将近期 X 射线吸收近边谱 (XANES) 研究结果与历史数据进行比较，阐述了 Cr 在 UO2 中的掺入情况。基于缺陷机制，本文论证 Cr 的取代掺入主导晶格溶解度，但并非增强 U 扩散率。相反，Cr/Cr2O3 的氧化还原化学在明确的氧化物化学势下，解释了 U 扩散率和 O/M 比率之间的差异。掺杂促进晶粒生长的主要机制发现为由于 CrO 液相在晶粒边界形成的共熔相导致的液相辅助烧结。本文强调了在材料微结构不同尺度范围内 Cr 浓度不均匀性的作用，并将其与有前景的实验和建模工作联系起来，以弥补当前对 Cr 掺杂 UO2 理解的不足。综述最后概述了未来工作，即结合细致的辐照研究和高分辨率实验，运用由机器学习推进赋能的下一代建模与仿真技术，以加速 Cr 掺杂 UO2 轻水堆的制造与应用。
关键词
引用
@article{arxiv.2510.07698,
title = {Chromium-doped uranium dioxide fuels: A review},
author = {Mack Wesley Cleveland and Andrew Nelson and Ericmoore Jossou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.07698},
year = {2025}
}