On the formation and behaviour of point defect clusters in neutron irradiated uranium carbide

• Published in: Journal of nuclear materials Vol. 18; no. 3; pp. 314 - 322
• Main Authors: Eyre, B.L., Sole, M.J.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier B.V 01.01.1966
• DOI: 10.1016/0022-3115(66)90172-3
• ISSN: 0022-3115

Hyperstoichiometric uranium carbide single crystal specimens have been irradiated to doses of up to 5.4 × 10 16 f/cm 3 at ∼ 130° C. A transmission electron microscope examination of thin films has shown that a dose of 1.4 × 10 16 f/cm 3 results in the formation of observable clusters in the uranium carbide matrix, the size and number of which increase with dose. Observable point defect clusters are only formed in the uranium dicarbide platelets after the highest dose studied. On annealing, the point defect clusters in both phases start to disappear above 700° C. On annealing at 1200° C and 1300° C however, the clusters in the uranium carbide matrix grow and become resolvable as loops. The results are explained on the hypothesis that the point defect clusters in the irradiated material are interstitial in nature. It is suggested that the vacancies become mobile at 700° C and produce the observed annealing effects by recombining with the interstitial clusters. A model is proposed for the formation of interstitial loops which is consistent with the observed loop behaviour. Des échantillons monocristallins de carbure d'uranium hyperstoechiométrique ont été irradiés à des doses allant jusqu'à 5,4 × 10 16 fissions par cm 3 à environ 130° C. L'examen au microscope électronique par transmission de films minces a montré qu'une dose de 1,4 × 10 16 fissions/cm 3 avait pour résultat la formation de rassemblements observables dans la matrice de carbure d'uranium, rassemblements dont la dimension et le nombre croissent avec la dose d'irradiation. Des amas de défauts ponctuels observables dans les plaquettes de dicarbure d'uranium sont seulement formés après une dose d'irradiation la plus élevée. Par recuit, les amas de défauts ponctuels dans les deux phases commencent à disparaître audessus de 700° C. Par recuit à 1200° C et 1300° C cependant, les amas dans la matrice de carbure d'uranium croissent et deviennent visibles sous forme de loupes. Les résultats sont expliqués en se basant sur l'idée que les amas de défauts ponctuels dans le matériau irradié sont de nature interstitielle. On suggère que les lacunes deviennent mobiles à 700° C et produisent les effets observés par recuit en se recombinant avec les amas interstitiels. On propose un modèle pour la formation des loupes interstitielles qui est en accord avec le comportement des loupes observé expérimentalement. Hyperstöchiometrische Urankarbideinkristalle wurden mit Neutronen bestrahlt. Die Dosis war 5,4 × 10 16 Spaltungen pro cm 3. Die Temperatur betrug 130° C. Dünne Filme dieser Proben wurden elektronenmikroskopisch untersucht. Sie zeigen, dass bei einer Dosis von 1,4 × 10 16 Spaltungen pro cm 3 deutliche Clusterbildung in der Urankarbidmatrix eintritt. Grösse und Anzahl der Cluster steigt mit der Dosis. Beobachtbare Punktdefektcluster werden nur in Urankarbidplättchen gebildet und zwar nur bei der höchsten verwendeten Dosis. Diese Punktdefektcluster beginnen in beiden Phasen zu verschwinden, wenn oberhalb 700° C geglüht wird. Glüht man bei 1200–1300° C, so wachsen die Cluster in der Urankarbidmatrix und bilden Ringe. Die Ergebnisse können erklärt werden, wenn man annimmt, dass die Punktdefektcluster in bestrahltem Material einen Zwischengitterplatzstatus besitzt. Es wird angenommen, dass die Vakanzen bei 700° C beweglich und die beobachteten Ausglüheffekte durch Rekombination der Zwischengittercluster hervorgerufen werden. Es wird ein Modell für die Bildung von Zwiscbengitterringen vorgeschlagen, das mit dem beobachteten Verhalten dieser Ringe übereinstimmt.