liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Thermal Conductivity of Uranium Mononitride
Linköping University, Department of Physics, Chemistry and Biology, Thin Film Physics.
2015 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Värmeledningsförmåga hos uranmononitrid (Swedish)
Abstract [en]

Thermal conductivity is a crucial parameter for nuclear fuel, as it sets an upper limit on reactor operating temperature to have safety margins. Uranium mononitride (UN) is a prospective fuel for fast reactors, for which limited experimental studies have been conducted, compared to the currently dominating light-water reactor fuel, uranium dioxide. The aim of this thesis is to determine the thermal conductivity in UN and to determine its porosity dependence. This was done by manufacturing dense and porous high-purity samples of UN and examining them with laser flash analysis, which with data on specific heat and thermal expansion gives the thermal conductivity. To analyse the result, a theoretical study of the phenomenology of thermal conductivity as well as a review and comparison with previous investigations were carried out. The porosity range was 0.1–31% of theoretical density. Thermal diffusivity data from laser flash analysis, thermal expansion data and specific heat data was collected for 25–1400 C. The laser flash data had high discrepancy at higher temperatures due to thermal instability in the device and deviations due to graphite deposition on the samples, but the low temperature data should be reliable. As the specific heat data was also of poor quality, literature data was used instead. As for the thermal diffusivity data, the calculated thermal conductivity for lower temperatures are more accurate. A modified version of the porosity model by Ondracek and Schulz was used to analyse the porosity dependence of the thermal conductivity, taking into account the different impacts of open and closed porosity.

Abstract [sv]

Värmeledningsförmåga är en avgörande egenskap för kärnbränslen, eftersom det begränsar den maximala drifttemperaturen i reaktorn för att ha säkerhetsmarginaler. Uranmononitrid (UN) är ett framtida bränsle för snabba reaktorer. Jämfört med det dominerande bränslet i lättvattenreaktorer, urandioxid, har endast begränsade experimentella studier gjorts av UN. Målet med detta arbete är att bestämma värmeledningsförmågan i UN och bestämma dess porositetsberoende. Detta gjordes genom att tillverka kompakta och porösa prover av UN och undersöka dem med laserblixtmetoden, vilket tillsammans med värmekapacitet och värmeutvidgning ger värmeledningsförmågan. För att analysera resultatet gjordes en teoretisk studie av värmeledning såväl som en genomgång av och jämförelse med tidigare undersökningar. Provernas porositet sträckte sig från 0.1% till 31% av teoretisk densitet. Värmediffusivitetsdata från laserblixtmetoden, värmeutvidgningsdata och värmekapacitetsdata samlades in för 25–1400 C. Värdena från laserblixtmätningen hade hög diskrepans vid höga temperaturer p.g.a. termisk instabilitet i anordningen och avvikelser p.g.a. grafitavlagring på proverna, men data för låga temperaturer borde vara tillförlitliga. Eftersom resultaten från värmekapacitetsmätningen var av dålig kvalité, användes litteraturdata istället. Som en konsekvens av bristerna i mätningen av värmediffusivitet är presenterade data för värmeledningsförmåga mest exakta för låga temperaturer. En modifierad version av Ondracek-Schulz porositetsmodell användes för att analysera värmeledningsförmågans porositetsberoende genom att ta hänsyn till olika inverkan av öppen och sluten porositet.

Place, publisher, year, edition, pages
2015. , 72 p.
Keyword [en]
uranium nitride, porosity, thermal conductivity, laser flash analysis, nuclear fuel
National Category
Condensed Matter Physics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-122337ISRN: LITH-IFM-A-EX—15/3096—SEOAI: oai:DiVA.org:liu-122337DiVA: diva2:866464
External cooperation
Kungliga tekniska högskolan
Subject / course
Technical Physics
Presentation
2015-06-16, Röntgen, Fysikhuset, Linköpings universitet, Linköping, 10:00 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-11-03 Created: 2015-10-29 Last updated: 2015-11-03Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(12376 kB)131 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 12376 kBChecksum SHA-512
89e5df2d3331244dc08f5be30b66b08cc800b9c4f4af7ed9d9a1519a8ecd419d58552bac879d86c93ad9c2cd344eee36ecd2fa0747ff9301c504d4ad7fa0e07c
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Valter, Mikael
By organisation
Thin Film Physics
Condensed Matter Physics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 131 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 619 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf