ядрен
STA, TGA и EGA в ядрената енергетика
Разбиране на термичната стабилност, разлагането и отделянето на газове
В ядрените изследвания и технологии материалите са изложени на екстремни температури, реактивна атмосфера и дълъг експлоатационен живот. От съществено значение е да се разбере как тези материали се държат термично, химично и структурно, за да се гарантира безопасността, експлоатационните характеристики и съответствието с нормативните изисквания.
NETZSCH предлага цялостно портфолио от решения за едновременен термичен анализ (STA), термогравиметричен анализ (TGA) и анализ на еволвирани газове (EGA), съобразени със специфичните изисквания на ядрените приложения. Възможността за работа в контролирана атмосфера, предоставяне на възпроизводими данни и Identify еволюирали газове подпомага:
- подбор и квалификация на материали
- оценки на материали, свързани с безопасността
- оценки на експлоатационния срок и стабилността
- изследвания в областта на горивните, структурните и отпадъчните материали
С нашия десетилетен опит в областта на високотемпературните измервания, контрола на атмосферата и усъвършенстваните концепции за безопасност, ние подкрепяме ядрени приложения, вариращи от фундаментални изследвания на материали до приложни инженерни и регулаторни изпитвания.
TGA
Термогравиметричният анализ (TGA) се фокусира върху прецизното измерване на промените в масата като функция на температурата и времето. Този метод е от основно значение за изследване на стабилността на материалите и химичните реакции в ядрените изследвания.
Типичните приложения, свързани с ядрената енергетика, включват:
- анализ на поведението при окисление и корозия
- изследване на процесите на термично разлагане
- оценка на кинетиката на реакциите и деградацията на материалите
- оценка на горивото, отпадъците и защитните материали
Високата чувствителност и стабилната базова линия позволяват надеждни измервания дори при промени в масата на small, което е особено важно за оценка на материалите и безопасността, свързани с ядрената енергетика.
STA
STA съчетава термогравиметричен анализ с DSC в един експеримент, което позволява едновременно измерване на промените в масата и термичните ефекти.
В ядрените приложения STA се използва широко за характеризиране на:
- ядрени горива и горивни прекурсори
- облицовъчни и структурни материали
- керамика, оксиди и графит
- съвременни материали за реактори и системи за управление на отпадъци
STA предоставя съществена информация за термичната стабилност, поведението при разлагане, реакциите на окисление и редукция, като подпомага квалификацията на материалите в целия ядрен горивен цикъл. Измерванията могат да се извършват в контролирана атмосфера, включително инертни и реактивни газове, което позволява симулиране на среди, свързани с приложението.
EGA
В комбинация с EGA, например чрез FT-IR или масспектрометрия, STA се превръща в мощен инструмент за идентифициране и количествено определяне на газовете, отделяни при нагряване. Това е от съществено значение за:
- анализиране на продуктите от разлагането,
- наблюдение на реакциите на корозия и окисление,
- оценка на поведението на горивата и отпадъчните материали,
- подпомагане на изследванията за безопасност и изолиране.
NETZSCH решенията за свързване позволяват едновременно измерване на изменението на масата и състава на газа, като осигуряват по-дълбоко разбиране на топлинните процеси, свързани с ядрената среда.
Специфична топлина и преходна енергетика
Способността на даден материал да съхранява енергия се определя отчасти от неговата специфична топлина (чувствителна топлина). Тя се състои от решетъчни, електронни и дефектни компоненти в зависимост от материала. Това свойство е необходимо за проектирането на всеки преходен процес на пренос на топлина. То се използва и за количествено определяне на повърхностното окисление/редукция и съотношението О/М (дефекти) на горивата по време на обработката им. В някои случаи специфичната топлина може да се използва като показател за степента на увреждане при изследване след облъчване (ПИЕ), напр. за съхранена енергия. Тя е необходима и за изчисляване на топлопроводимостта от данни за топлинната дифузия.
Енергетиката на прехода (латентна топлина) е необходима за характеризиране на преходите твърдо тяло-твърдо тяло, топенето/твърдостта и разлагането. Както специфичната топлина, така и преходната енергетика се измерват най-точно и ефикасно чрез диференциална сканираща калориметрия (ДСК).
Специфичната топлина може да бъде измерена и чрез техниката на лазерната светкавица, макар и с по-малка точност и само с по-малък брой точки данни. (При DSC генерирането на квазинепрекъснат набор от данни за специфичната топлина в зависимост от температурата е стандартно) С необходимия експертен опит DSC могат лесно да бъдат адаптирани за гореща работа.
Специфична топлина, зависеща от температурата (Cp)
Стехиометричният UO2 следва класическата тенденция за специфична топлина в зависимост от температурата, докато при UO2.04 и UO2.084 се наблюдава ендотермичен пик между приблизително 600 и 950 K. Това се дължи на енергията, необходима за разтваряне на фазата U4O9. Обърнете внимание, че площта на пика за UO2.084 е по-голяма от тази за UO2.04 поради по-голямото количество на фазата U4O9.
Промяна на масата и еволюирали газове
Температурно-зависимото изменение на масата, съчетано с анализ на отделените газове, предоставя ценна информация, която помага да се определи количествено съотношението О/М, изхвърлянето на газове по време на обработката на горивото, корозията, редукцията, летливите продукти на делене/актиниди по време на витрификацията, примесите, останали от процеса на разделяне, и т.н. Термогравиметричните анализатори (TGA) или инструментите за едновременна TGA-DSC (STA), свързани с квадруполен масспектрометър (QMS) директно или чрез нагряваща се трансферна линия, или TGA или STA, свързани с FT-IR чрез нагряваща се трансферна линия, са широко използвани за тези видове анализ. Както и при другите техники, разгледани преди това, тези инструменти могат лесно да бъдат модифицирани за работа в горещи условия.
Температури на солидус и течност
Данните за температурата на твърдото тяло и на течността, както и за температурата на топене, са необходими за установяване на безопасни условия на работа на реактора и за моделиране на сценарии за аварии, като например загуба на топлоносител. Тези температури се влияят в голяма степен от примеси, радиационно увреждане, съотношения O/M, изгаряне и, разбира се, от състава.
Изненадващо е, че температурите solidus/liquidus са известни с това, че е трудно да бъдат точно измерени. DSC е техниката, която най-често се използва за тези измервания, но трябва да се внимава да не се допусне недостатъчно охлаждане по време на втвърдяването (особено важно за металните сплави). Трябва внимателно да се обмислят времевите константи на пробите и скоростта на температурните рампи. Температурите на твърдост/течност на повечето метални сплави могат да бъдат измерени и чрез техниката на лазерната светкавица (чрез данни за топлопроводимост/термична дифузия), а дилатометрията може да се използва както за проводници, така и за изолатори. За материали, които се топят при свръхвисоки температури, понякога се използва термичен арест с помощта на оптични пирометри за измерване на температурата. Като се има предвид всичко, DSC е най-универсалният и точен метод.
Съотношение O/M
Тази фигура показва съотношението O/M по време на нагряване. Тези стойности са изчислени на базата на данни от TGA, измерени при няколко частични налягания на кислорода (PO2). По време на нагряването O/M започва да намалява при ≈1000°C и има ясно изразени различни скорости на редукция, произтичащи от променливия PO2 в пробата.
Изследвания на ядрената безопасност, ефективността и материалите
NETZSCH Analyzing & Testing предлага доказани решения за термичен анализ, които подпомагат ядрените изследвания, разработването на горива, оценката на безопасността и квалификацията на материалите. Нашите уреди се използват по целия свят в изследователски институти, промишлени и правителствени лаборатории за изследване на термичното поведение, стабилността и термофизичните свойства на ядрените материали при контролирани и възпроизводими условия.
Изтегляния и медии
Брошури
Свързани устройства
Литература за приложение
Консултации и продажби
Имате ли допълнителни въпроси относно инструмента, метода и искате ли да разговаряте с търговски представител?
Обслужване и поддръжка
Имате ли вече инструмент и се нуждаете от техническа поддръжка или резервни части?