Thermodynamic non-ideality and disorder heterogeneity in actinide silicate solid solutions - DES Marcoule Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue npj Materials Degradation Année : 2021

Thermodynamic non-ideality and disorder heterogeneity in actinide silicate solid solutions

J. Marcial
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Y. Zhang
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X. Zhao
H. Xu
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Adel Mesbah
E. Nienhuis
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S. Szenknect
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J. Neuefeind
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J. Lin
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L. Qi
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A. Migdisov
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R. Ewing
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N. Dacheux
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J. Mccloy
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X. Guo
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Résumé

Abstract Non-ideal thermodynamics of solid solutions can greatly impact materials degradation behavior. We have investigated an actinide silicate solid solution system (USiO 4 –ThSiO 4 ), demonstrating that thermodynamic non-ideality follows a distinctive, atomic-scale disordering process, which is usually considered as a random distribution. Neutron total scattering implemented by pair distribution function analysis confirmed a random distribution model for U and Th in first three coordination shells; however, a machine-learning algorithm suggested heterogeneous U and Th clusters at nanoscale (~2 nm). The local disorder and nanosized heterogeneous is an example of the non-ideality of mixing that has an electronic origin. Partial covalency from the U/Th 5 f –O 2 p hybridization promotes electron transfer during mixing and leads to local polyhedral distortions. The electronic origin accounts for the strong non-ideality in thermodynamic parameters that extends the stability field of the actinide silicates in nature and under typical nuclear waste repository conditions.

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hal-03396300 , version 1 (22-10-2021)

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Citer

J. Marcial, Y. Zhang, X. Zhao, H. Xu, Adel Mesbah, et al.. Thermodynamic non-ideality and disorder heterogeneity in actinide silicate solid solutions. npj Materials Degradation, 2021, 5 (1), ⟨10.1038/s41529-021-00179-0⟩. ⟨hal-03396300⟩
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