Electron microscopy of irradiated BeO

Abstract

Electron microscopy has been used to study the effects of nuclear irradiation on the microstructure of sintered BeO. The effects observed can be grouped into two categories, grain boundary separation, and gas bubble formation. Grain boundary separation occurs during low-temperature (~ 100° C) irradiations and has been correlated with orientation of the grains comprising the sample. This separation, caused by the anisotropic lattice expansion of irradiated BeO, is quite noticeable in specimens with randomly oriented grains, and is less common in specimens exhibiting a preferred orientation. High-temperature irradiation produces little grain boundary separation because of thermal annealing effects. Gas bubbles, consisting of helium and tritium, are formed during high-temperature irradiations of BeO, and have been observed to occur chiefly at grain boundaries. Such bubbles are commonly seen in specimens irradiated at temperatures above 800° C, but evidence of their existence has also been seen in specimens irradiated at temperatures as low as 360° C. Gas bubbles often tend to develop crystallographic shapes, and have been seen to coalesce with one another and with sintering pores. Both preirradiation density and grain size have an effect on bubble formation in high-temperature irradiated BeO. Bubbles are less abundant in low-density specimens, which contain many sintering pores to absorb the gas, than in high-density specimens, which contain few pores. The size and abundance of gas bubbles noticeably increases with increasing grain size of the BeO. This effect is related to the amount of available grain boundary surface area over which the gas may be distributed. Intragranular stringer-type formations, possibly composed of gas bubbles, have been seen in the microstructure of high-temperature irradiated BeO after etching. La microscopie électronique a été utilisée pour étudier les effets de l'irradiation nucléaire sur la microstructure de l'oxyde de béryllium BeO fritté. Les effets observés peuvent être groupés en deux catégories, décohésion aux contours des grains et formation de bulles de gaz. La décohésion aux contours des grains se produit durant les irradiations à basse température (~ 100° C) et a été reliée à l'orientation des cristaux constituant l'échantillon. Cette décohésion, due à la dilatation anisotrope du réseau de BeO irradié, est très importante dans les échantillons à grains orientés au hasard et apparaît moins fréquente dans les échantillons présentant une orientation préférentielle. L'irradiation à haute température produit peu de décohésion aux contours des grains en raison des effets de recuit thermique. Des bulles de gaz consistant d'hélium et de tritium sont formées durant des irradiations de BeO à haute température (~ 1000° C) est celles-ci apparaissent principalement aux contours des grains. Ces bulles sont visibles aussi dans des échantillons irradiés à des températures aussi basses que 360° C. Ces bulles ont souvent tendance à adopter des formes cristallographiques en liaison avec le réseau de BeO contigu. A la fois la densité avant irradiation et la taille des grains ont un effet sur la formation des bulles dans BeO irradié à haute température. Les bulles sont moins abondantes dans les échantillons de faible densité qui contiennent de plus nombreux pores de frittage pour absorber les gaz que les échantillons de haute densité qui contiennent moins de pores. La taille et le nombre de bulles de gaz augmentent notablement avec la taille de grain croissante de BeO. Cet effet est lié à l'importance de la surface totale des joints de grains sur laquelle les gaz peuvent être répartis. Des bâtonnets intragranulaires, que l'on pense constitués de bulles de gaz, ont été observés dans la microstructure de BeO irradié à haute température après attaque. Zur Untersuchung der Gefügeänderungen in gesintertem BeO unter Kernstrahlung wurde die elektronen-mikroskopische Methode benutzt. Die beobachteten Effekte können in zwei Gruppen eingeteilt werden: Korngrenzenverschiebung und Gasblasenbildung. Die Korngrenzenverschiebung kommt bei niedriger Temperatur (~ 100° C) unter Bestrahlung vor und hängt zusammen mit der Orientierung der Kristallite, die die Probe bilden. Die Verschiebung wird verursacht durch die anisotrope Gitterausdehnung in bestrahltem BeO. Sie ist bemerkenswert in Proben mit unregelmässig orientierten Kristalliten und ist wenig auffällig in Proben, welche eine vorgegebene Orientierung zeigen. Hochtemperaturbestrahlung erzeugt kleine Korngrenzenverschiebung in Folge des thermischen Glüheffekts. Gasblasen werden geformt während Hochtempe-raturbestrahlungen von BeO (~ 1000° C). Es wurde beobachtet, dass sie hauptsächlich an den Korngrenzen vorkommen. Die Blasen neigen oft zur Entwicklung einer kristallographischen Form, die mit dem umgebenden BeO-Gitter zusammenhängt. Intragranulare Streifen, die wahrscheinlich aus Gasblasen bestehen, wurden im Gefüge von hochtemperaturbestrahltem BeO nach Ätzung festgestellt.