Irradiation-induced microstructural changes in isotropic pyrolytic carbons

Abstract

Transmission electron microscopy has been used to investigate irradiation-induced microstructural changes in the isotropic pyrolytic carbons which are employed as coatings on the fuel particles used in high-temperature gas-cooled nuclear reactors. In low-density very nearly isotropic carbons densification during irradiation occurs through elimination of an irregular microstructure consisting of twisted and distorted sheets made up of stacks of carbon-layer planes. In high-density slightly anisotropic carbons, where the irregular microstructure is not present, irradiation results in cracking and distortion of the spherical-growth features which make up the carbon, with the cracks producing a decrease in the density. In both, the low-density and high-density carbons, considerable crystallite growth occurs during irradiation as evidenced by large increases in the lengths of extinction contours or fiffraction contrast fringes. The increases are larger in the high-density carbons than in the low-density carbons. La microscopic électronique par transmission a été utilisée pour étudier les modifications de microstructure induites par l'irradiation dans des carbones pyrolytiques isotropes qui sont utilisés comme revêtements de particules de combustible employées dans des réacteurs nucléaires à haute température refroidis par l'eau. Dans des carbones de faible densité presque isotropes une densification se produit au cours de l'irradiation par élimination d'une microstructure irrégulière constituée par des couches tordues et distordues d'empilements de plans de carbone. Dans des carbones de forte densité légèrement anisotropes où la microstructure irrégulière n'existe pas, l'irradiation a pour effet de fissurer et de distordre la structure de croissance sphérique qui constitue le carbone, la production de fissures provoquant une diminution de la densité. A la fois dans les carbones de faible et de forte densité apparaît au cours de l'irradiation une croissance considérable des cristallites mise en évidence par une grande augmentation des longueurs des contours d'extinction ou des franges de contraste de diffraction. Ces augmentations sont plus élevées dans le carbone de densité élevée que dans celui de faible densité. Mit Hilfe der Transmissionselektronenmikroskopie wurden die bestrahlungsinduzierten Gefügeänderungen des isotropen Pyrokohlenstoffs untersucht, der als Beschichtung von Brennstoffteilchen für gasgekühlte Hochtemperatur-Reaktoren Verwendung findet. In einem niedrig dichten, nahezu isotropen Kohlenstoff tritt während der Bestrahlung eine Verdichtung durch die Beseitigung eines unregelmässigen Gefüges auf, das aus verschränkten und verzerrten Schichten mehrerer Kohlenstoff-Ebenen besteht. In einem hoch dichten, leicht anisotropen Kohlenstoff, in dem das unregelmässige Gefüge nicht existiert, hat die Bestrahlung eine Rissbildung und Verzerrung der sphärischen Wachstumsform, die dem Kohlenstoff eigen ist, zur Folge, wobei die Dichte durch die Risse abnimmt. In niedrig und hoch dichtem Kohlenstoff tritt ein starkes Kristallit-wachstum während der Bestrahlung auf, das sich durch eine starke Zunahme in der Länge der Extinktionskonturen oder Beugungskontraststreifen äussert. Diese Zunahme ist grösser im hoch dichten als im niedrig dichten Kohlenstoff.