Positroniannihilaatiospektroskopian sovelluksia ydinmateriaalitutkimuksessa

Janne Heikinheimo

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Tässä työssä positroniannihilaatiospektroskopiaa käytettiin periodisten rakenteiden pistevirheiden tutkimiseen merkittävissä ydinteknillisissä materiaaleissa. Tämän lisäksi ilmaisinten vaikutusta tuloksiin tutkittiin sekä elinaika- että Doppler-levenemäspektroskopiassa. Ilmaisimilla on merkittävä vaikutus elinaika- ja Doppler-levenemäspektroskopioiden suorituskykyyn ja saatavien tulosten laatuun. Elinaikaspektroskopia on hyvin herkkä mitattavien näytteiden ylimääräiselle säteilylle, mikä rajoittaa sen käyttöä ydinteknillisten materiaalien tutkimuksessa. Ainoa tapa lisätä mittauslaitteiston säteilytoleranssia on ottaa käyttöön kolmas koinsidenssi-ilmaisin. Doppler-levenemälaitteistossa säteilyilmaisimen energiaresoluutio vaikuttaa suoraan mittaustuloksiin. Kahden ilmaisimen elinaikaspektroskopian herkkyyttä väärille koinsidenssitapahtumille tutkittiin lisäämällä koboltti-60 -lähde tutkittavien piinäytteiden viereen. Säteilytoleranssin kasvua kolmen ilmaisimen elinaikaspektroskopiassa arvioitiin yksinkertaisilla teoreettisilla malleilla. Doppler-levenemäspektroskopiassa tutkittiin energiaresoluutiota liittämällä natrium-22 -positroni-lähde suoraan tutkittaviin näytteisiin, jolloin pystyttiin samanaikaisesti mittaamaan sekä Doppler-levenämäspektriä että yksienergistä fotoabsorptiospektriä. Tässä työssä tutkittiin lähde-ilmaisingeometrian vaikutuksia tuloksiin ja keskustellaan muuttuvien tulosten syistä perustuen systemaattisiin kokeisiin ja Monte Carlo -simulaatioihin. Mikroskooppisilla virheillä on merkittävä vaikutus ydinmateriaalien ominaisuuksiin, kuten korroosioon ja säteilykestävyyteen. Zircaloy-4 on yksi eniten käytetyistä polttoaineen suojakuoriseoksista ydinvoimalaitoksissa, mutta sen hapettuminen reaktoriolosuhteissa on monimutkainen prosessi, johon kuuluu hapettumisnopeuden periodisuus. Fuusiovoimalaitoksissa plasmaa lähellä olevat materiaalit joutuvat äärimmäisen ankariin olosuhteisiin, joissa korostuvat korkea lämpötila ja suuret hiukkassäteilyannokset. Volframia pidetään lupaavana materiaalikandidaattina tähän tarkoitukseen. Zirkoniumoksidin perustavanlaatuisia ominaisuuksia tarkasteltiin perustuen mikroskooppisten hilavirheiden muuttumiseen tutkittavissa Zircaloy-4 -näytteissä, joita oli hapetettu painevesireaktoria vastaavissa olosuhteissa. Doppler-levenemäspektroskopiaa ja teoreettista mallinnusta sovellettiin hapettumiskerrosten hilavirheiden tutkimiseen. Positronien elinaikaspektrokopiaa käytettiin toivutettujen ja protonisäteilytykselle altistettujen volframinäytteiden monovakanssien tutkimiseen. Välisija-atomien ja monovakanssien migraatioenergiarajat pystyttiin havaitsemaan suoraan elinaikaspektrometrilla, joka oli yhdistetty kylmäsäteilytyslaitteistoon.
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Tuomisto, Filip, Valvoja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7721-5
Sähköinen ISBN978-952-60-7722-2
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • positroniannihilaatiospektroskopia
  • germaniumilmaisin
  • volframi

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Positroniannihilaatiospektroskopian sovelluksia ydinmateriaalitutkimuksessa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

  • Siteeraa tätä