Lu2Ti2O7和Lu2TiO5陶瓷材料的Kr离子辐照损伤研究

钛酸盐因其优异的物理化学性能,可作为高放射性核废物（HLW）和锕系元素（钚）的重要候选固化材料之一。采用传统的陶瓷烧结工艺制备了多晶的Lu₂Ti₂O₇和Lu₂TiO₅陶瓷材料。在室温下,用800 keVKr2+对两种材料进行辐照,辐照后的样品采用GIXRD进行表征,观察到两种样品都经历了先肿胀、然后再发生非晶相变的过程。不同的是Lu₂Ti₂O₇的晶格肿胀程度大于Lu₂TiO₅。另外,Lu₂TiO₅样品的辐照到2×10₁₄ ions/cm₂时非晶含量达95.54%,而Lu₂Ti₂O₇样品在此剂量下非晶含量只有74.66%。通过第一性原理计算了Lu₂Ti₂O₇晶体的晶格肿胀随反位浓度的变化关系,结果表明,Lu₂Ti₂O₇出现非晶前的晶格肿胀主要由阳离子反位导致,而Lu₂TiO₅是无序的萤石结构,其辐照所导致的晶格肿胀不含阳离子反位的贡献,晶格肿胀程度较低。