مقدمة
Zircaloy BCR-276 (Zirc-4) هي مادة مرجعية معتمدة من المفوضية الأوروبية. وتُعدّ سبائك الزركالويز مواد تكسية شائعة في المفاعلات الحرارية بسبب انخفاض المقطع العرضي لامتصاص النيوترونات الحرارية وخصائصها الحرارية والميكانيكية الممتازة. وخلال حادث الزلزال/الزلزال الذي وقع في محطة فوكوشيما-دايتشي النووية في اليابان، تراكم الهيدروجين تحت سقف المبنى واشتعل. يمكن أن تتبع إحدى طرق إنتاج الهيدروجين في ظل هذه الظروف الاستثنائية التفاعل الكيميائي البسيط نسبيًا (1):
Zr + 2 H2O--> ZrO2 + 2 H2 + ΔH
لتأكيد هذا التفاعل، أُجريت بعض التجارب الأولية ويرد وصفها أدناه.
تجريبي
NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® مجهز بفرن بخار الماء ومطياف الكتلة QMS 403 Aeolos. وُضعت ثلاث أسطوانات من BCR-276 (وزن العينة حوالي 600 مجم) على صفيحة ألومينا على حامل عينة TG. وسُخِّنت العينات بمعدل 5 و10 كلفن/دقيقة تحت N2 وبخار الماء إلى 1050 درجة مئوية. تم رصد كثافة الماء والهيدروجين باستخدام مطياف الكتلة.
النتائج والمناقشة
يصور الشكل 1 منحنى TG (تغير الكتلة) وكثافة الهيدروجين والماء مقابل درجة الحرارة لقياس 10 كلفن/دقيقة. بعد بدء زيادة الوزن بسبب الأكسدة يزداد مستوى الهيدروجين أيضًا.
بالتزامن مع زيادة الهيدروجين، تنخفض كثافة الماء. وبلغت الزيادة في الوزن حتى 1050 درجة مئوية 4٪ بالوزن.
في الشكل 2، قورنت منحنيات TG وكثافة الهيدروجين للقياسين عند 5 كلفن/دقيقة و10 كلفن/دقيقة. عند معدل تسخين 5 كلفن/دقيقة تبدأ الأكسدة وتطور الهيدروجين في وقت أبكر من 10 كلفن/دقيقة. عند حوالي 950 درجة مئوية، ينتقل تطور الهيدروجين إلى حالة مشبعة مستقرة (مستوى ثابت).
يوضح الشكل 3 العينة قبل القياس وبعده.
