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First-principles calculation and experimental study of oxygen diffusion in uranium dioxide

Authors :
B. Pasquet
Michel Freyss
Mathieu Fraczkiewicz
Marjorie Bertolus
Guido Baldinozzi
Philippe Garcia
Boris Dorado
Carole Valot
David Simeone
G. Carlot
Carine Davoisne
Département d'Etudes des Combustibles (DEC)
CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M)
Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA)
Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Source :
Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), 2011, pp.035126. ⟨10.1103/PhysRevB.83.035126⟩, Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), American Physical Society, 2011, pp.035126. ⟨10.1103/PhysRevB.83.035126⟩
Publication Year :
2011
Publisher :
HAL CCSD, 2011.

Abstract

International audience; This work provides an illustration that density functional theory (DFT) + U calculations may quantitatively describe transport phenomena in uranium dioxide. Oxygen diffusion mechanisms are investigated using both ab initio calculations and experimental approaches mainly involving self-diffusion coefficient measurements. The dependences of the experimental data upon oxygen potential and sample impurity content demonstrate, by comparison with basic point defect and diffusion theory, that oxygen migration occurs via an interstitial mechanism. The temperature study provides an estimate of interstitial formation and migration energies which compare very favorably to energies calculated using the DFT+U approximation relating to the interstitialcy mechanism. Also, vacancy migration and Frenkel pair formation energies are shown to agree well with existing data.

Details

Language :
English
ISSN :
10980121 and 1550235X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), 2011, pp.035126. ⟨10.1103/PhysRevB.83.035126⟩, Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), American Physical Society, 2011, pp.035126. ⟨10.1103/PhysRevB.83.035126⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....849d19d7beff929b6e095115bd170d12
Full Text :
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.035126⟩