Sol-jel yöntemi ile (Th-Ce)O2 sentezinde katkı maddelerinin pelet özelliklerine etkilerinin incelenmesi

Bu çalışmada Th(NO3)4.5H2O ve (NH4)2Ce(NO3)6 başlangıç kimyasalları ile, (Th0.95Ce0.05)O2 final mol oranına denk düşecek şekilde hazırlanan nitrat çözeltilerine, düşük nötron tesir kesitine sahip metallerin oksitleri (MgO, CaO, V2O5, Ti2O5, Cr2O3, Al2O3) ilave edilerek, sol-jel yöntemiyle yüksek homojenite ve yoğunlukta, kolay sinterlenebilen ve ortalama tane boyutu 50μm'ye ulaşan iri taneli peletlerin elde edilmesi amaçlanmıştır. Başlangıç metal konsantrasyonu 1.6 M olacak şekilde hazırlanan Th(NO3)4.5H2O ve (NH4)2Ce(NO3)6 karışık çözeltisine, belirlenen oranlarda metal oksit katkısı ile elde edilen ana çözeltinin, sıcaklık ve pH kontrollü sistemde NH4OH ile ön-nötralizasyonu sonucunda sol çözeltileri hazırlanmıştır. Hazırlanan sol çözeltileri vibrasyon-nozül sistemi kullanılarak, jelleşme kolonunda bulunan organik ve sulu fazlar yardımı ile kürecik formunda jelleştirilmiştir. Jel mikroküreciklerinin yaşlandırma, yıkama ve kurutma sonrası, TG/DTA analizleri ile termal davranışları incelenmiş ve ICP-MS/ICP-OES analizleri ile metal içerikleri saptanmıştır. Mikroküreciklere 450˚C, 800˚C ve 1150˚C olmak üzere üç farklı sıcaklıkta ısıl işlem uygulanmış ve kristal parametrelerinin hesaplanması için X-ışınları kırınım analizleri yapılmıştır. Isıl işleme tabi tutulan mikroküreciklerin BET yüzey alanı ve BJH gözeneklilik analizleri gerçekleştirilmiştir. Mikrokürecikler 520 MPa basınç altında hidrolik pres ile peletlenmiş ve peletlerin termo-mekanik analizleri dilatometre cihazı ile 1000˚C, 1100˚C, 1200˚C ve 1300˚C olmak üzere 4 farklı sıcaklıkta incelenmiş, katkısız (Th0.95Ce0.05)O2 ve 6 farklı metal oksit kullanılarak elde edilen katkılı (Th0.95Ce0.05)O2 peletlerinin aktivasyon enerjileri hesaplanmış ve sinterlenme kinetikleri belirlenmiştir. Sinterleme sonrası peletlerin taramalı elektron mikroskop görüntüleri çekilmiş, m-Ksilen daldırma yöntemi ile gerçek yoğunlukları hesaplanmıştır. Katkısız (Th0.95Ce0.05)O2 peletleri için aktivasyon enerjisi 449 kJ/mol, metal oksit katkılı olan; Mg-(Th0.95Ce0.05)O2, Ca-(Th0.95Ce0.05)O2, V-(Th0.95Ce0.05)O2, Ti-(Th0.95Ce0.05)O2, Cr-(Th0.95Ce0.05)O2, Al-(Th0.95Ce0.05)O2 peletleri için aktivasyon enerjileri sırası ile 252 kJ/mol, 202 kJ/mol, 107 kJ/m ol, 90 kJ/mol, 190 kJ/mol, 171 kJ/mol bulunmuştur. Ham pelet yoğunluklarının, teorik yoğunluğun %40-43'ü, sinterlenmiş pelet yoğunluklarının ise teorik yoğunluğun %92-98'i aralığında olduğu belirlenmiştir. Bu çalışmada, metal oksit katkı maddesi eklenerek sol-jel yöntemi ile elde edilen (Th0.95Ce0.05)O2 mikroküreciklerden hazırlanan karışık oksit peletler, yanma oranının yükseltilmesi ve fisyon gazlarının yakıt içersinde daha yüksek oranda tutulabilmesi amacına uygun olarak, katkısız karışık oksit peletlere oranla daha iri taneli malzemeler olarak üretilmiştir.