Röntgenblick in Brennstab-Hüllen: PSI misst Schutzschichten im Nanometerbereich
Mit einer neuen Röntgenmethode hat das Paul Scherrer Institut Hüllrohre von Brennstäben aus dem Reaktorbetrieb in 3D untersucht. Ergebnis: Die schützende Oxidschicht bleibt auch nach Jahren dicht.
Archivbild · Foto: Ryan Bodenstein / Wikimedia Commons, CC BY 3.0 (zugeschnitten und skaliert)
Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) in der Schweiz haben ein neues Verfahren zur Prüfung von Brennstab-Hüllrohren vorgestellt. Die Hüllrohre aus Zirkoniumlegierungen umschließen den Kernbrennstoff; an ihrer Oberfläche bildet sich im Betrieb eine Schicht aus Zirkoniumoxid. Mit ptychografischer Röntgen-Computertomografie (PXCT) an der Synchrotron-Lichtquelle Schweiz (SLS) erzeugte das Team dreidimensionale Bilder dieser Schicht mit einer Auflösung im Nanometerbereich. Die Studie um Erstautor Okan Yetik erschien am 11. Oktober online im Fachjournal Advanced Engineering Materials.
Untersucht wurden auch Proben von Brennstäben, die tatsächlich in einem Reaktor im Einsatz waren. Damit sie möglichst wenig Strahlung abgeben, wurden die Proben zu winzigen Säulen mit nur 20 Mikrometern Durchmesser verkleinert. Die Methode machte selbst Poren von 80 Nanometern sichtbar.
Das Ergebnis: Die schützenden Oxidschichten blieben auch nach Jahren im Betrieb dicht. Ihre Dichte war praktisch gleich wie bei nicht bestrahlten Proben, die im Labor in einem Autoklaven behandelt wurden. Das deutet laut PSI darauf hin, dass solche Standard-Materialtests aussagekräftige Ergebnisse liefern können.