Since the Fukushima-Daiichi accident in 2011, mitigating the rapid reaction of zirconium alloyed cladding with steam during a loss of coolant accident at high temperatures has been a key research objective. Consequently, a new development branch dealing with so-called Accident Tolerant Fuels (ATF) has emerged. One approach within ATF is to apply a thin coating on the cladding, creating a protective layer. While chromium is poised to be used as a first-generation coating for pressurised water reactors, it proves inadequate in the more oxidising environments of boiling water reactors, where the formed oxide ends up dissolving. Based on autoclave tests, this master thesis focuses on designing chromium-niobium nitride (Cr,Nb)N using density functional theory to identify the optimal microstructure and to understand some of the underlying phenomena.Firstly, CrN and NbN are examined as separate materials in terms of bulk structures, the introduction of cationic and anionic vacancies, and cases of substitutional atoms. The main part of the thesis focuses on the microstructure of the coating, exploring whether a monolithic structure or a superlattice form is more favourable for (Cr,Nb)N. Changes in the structure depending on the number of superlattice layers were studied. Finally, to examine the oxidation effect, an oxygen atom was introduced into CrN and NbN cells.Even though it was found that, within the scope of this thesis, the most energetically favourable state for (Cr,Nb)N is to be in the form of a superlattice with 2 layers of CrN and 2 layers of NbN, there is still much to investigate.

Sedan Fukushima-Daiichi-olyckan 2011 har det varit ett viktigt forskningsmål att mildra den snabba reaktionen mellan zirkoniumlegerade bränslekapslingsrör och ånga under en olycka med förlust av kylmedel vid höga temperaturer. Ett nytt forskningsfält som behandlar så kallade Accident Tolerant Fuels (ATF) uppstod följaktligen. Ett tillvägagångssätt inom ATF är att applicera en tunn beläggning på kapslingsrören, vilket skapar ett skyddande lager. Krom, som är tänkt att användas som en första generations beläggning för tryckvattenreaktorer, visar sig vara otillräckligt i den mer oxiderande miljön i kokvattenreaktorer, där den bildade oxiden efterhand löses upp. Baserat på autoklavtester fokuserar denna masteruppsats på att designa krom- niobiumnitrid (Cr,Nb)N med hjälp av täthetsfunktionalteori för att identifiera den optimala mikrostrukturen och förstå några av de underliggande fenomenen.CrN och NbN undersöks först som separata material i termer av bulkstrukturer, införande av katjoniska och anjoniska vakanser, samt fall av substituerade atomer. Huvuddelen av examensarbetet fokuserar på beläggningens mikrostruktur och det utforskar om en monolitisk struktur eller en supergitterform är mer fördelaktig för (Cr,Nb)N. Förändringar i strukturen beroende på antalet supergitterskikt studerades. Slutligen, för att undersöka oxidationseffekten, infördes en syreatom i CrN- och NbN- celler.Även om det visade sig, inom ramen för detta examensarbete, att det mest energimässigt gynnsamma tillståndet för (Cr,Nb)N är att vara i form av ett supergitter med 2 skikt av CrN och 2 skikt av NbN finns det fortfarande mycket att undersöka.