nUCLEAR
STA, TGA a EGA v jaderné energetice
Pochopení tepelné stability, rozkladu a vývoje plynu
V jaderném výzkumu a technologii jsou materiály vystaveny extrémním teplotám, reaktivním atmosférám a dlouhé životnosti. Pro zajištění bezpečnosti, výkonnosti a souladu s předpisy je nezbytné pochopit, jak se tyto materiály chovají tepelně, chemicky a strukturálně.
NETZSCH nabízí komplexní portfolio řešení pro simultánní termickou analýzu (STA), termogravimetrickou analýzu (TGA) a analýzu plynných látek (EGA), která jsou přizpůsobena specifickým požadavkům jaderných aplikací. Schopnost pracovat v kontrolovaných atmosférách, poskytovat reprodukovatelná data a Identify vyvíjené plyny podporuje:
- výběr a kvalifikaci materiálů
- hodnocení materiálů z hlediska bezpečnosti
- hodnocení životnosti a stability
- výzkum palivových, konstrukčních a odpadních materiálů
Díky našim desítkám let zkušeností s měřením vysokých teplot, řízením atmosféry a pokročilými bezpečnostními koncepcemi podporujeme jaderné aplikace od základního materiálového výzkumu až po aplikované inženýrské a regulační testování.
TGA
Termogravimetrická analýza (TGA) se zaměřuje na přesné měření změn hmotnosti v závislosti na teplotě a čase. Tato metoda má zásadní význam pro zkoumání stability materiálů a chemických reakcí v jaderném výzkumu.
Mezi typické aplikace související s jadernými technologiemi patří:
- analýzu oxidačního a korozního chování
- zkoumání procesů tepelného rozkladu
- hodnocení reakční kinetiky a degradace materiálu
- hodnocení palivových, odpadních a ochranných materiálů
Vysoká citlivost a stabilní základní výkon umožňují spolehlivá měření i pro small hmotnostní změny, což je obzvláště důležité pro hodnocení materiálů důležitých pro jadernou energetiku a bezpečnost.
STA
STA kombinuje termogravimetrickou analýzu s DSC v jednom experimentu, což umožňuje současné měření hmotnostních změn a tepelných účinků.
V jaderných aplikacích se STA široce používá k charakterizaci:
- jaderných paliv a palivových prekurzorů
- plášťových a konstrukčních materiálů
- keramiky, oxidů a grafitu
- pokročilých materiálů pro reaktory a systémy pro nakládání s odpady
STA poskytuje základní informace o tepelné stabilitě, rozkladném chování, oxidačních a redukčních reakcích a podporuje kvalifikaci materiálů v celém jaderném palivovém cyklu. Měření lze provádět v kontrolovaných atmosférách, včetně inertních a reaktivních plynů, což umožňuje simulovat prostředí relevantní pro aplikace.
EGA
Ve spojení s EGA, například pomocí FT-IR nebo hmotnostní spektrometrie, se STA stává účinným nástrojem pro identifikaci a kvantifikaci plynů uvolňovaných během zahřívání. To má zásadní význam pro:
- analýzu rozkladných produktů,
- sledování koroze a oxidačních reakcí,
- vyhodnocování chování paliva a odpadního materiálu,
- podporu bezpečnostních a ochranných studií.
NETZSCH spojovací řešení umožňují současné měření změny hmotnosti a složení plynu, což umožňuje hlubší pochopení tepelných procesů důležitých pro jaderné prostředí.
Měrné teplo a přechodová energetika
Schopnost materiálu uchovávat energii se částečně řídí jeho měrným teplem (citelným teplem). To se v závislosti na materiálu skládá z mřížkové, elektronické a defektní složky. Tato vlastnost je nutná pro návrh jakéhokoli přechodového procesu přenosu tepla. Používá se také ke kvantifikaci povrchové OxidaceOxidace může v rámci termické analýzy popisovat různé procesy.oxidace/redukce a poměru O/M (defektů) paliv během jejich zpracování. V některých případech lze měrné teplo použít jako ukazatel rozsahu poškození při zkoumání po ozáření (PIE), např. uložené energie. Je také zapotřebí pro výpočet tepelné vodivosti z údajů o tepelné difuzivitě.
Přechodová energetika (latentní teplo) je potřebná k charakterizaci přechodů mezi pevnou a tuhou látkou, tání/tuhnutí a rozkladu. Měrné teplo i přechodová energie se nejpřesněji a nejefektivněji měří pomocí diferenční skenovací kalorimetrie (DSC).
Měrné teplo lze měřit také pomocí techniky laserového záblesku, i když s menší přesností a pouze s menším počtem datových bodů. (U DSC je standardem generování kvazi-kontinuálního souboru údajů o měrném teple v závislosti na teplotě.) S potřebnými odbornými znalostmi lze DSC snadno přizpůsobit pro práci za tepla.
Měrné teplo závislé na teplotě (Cp)
Stechiometrický UO2 sleduje klasický trend měrného tepla v závislosti na teplotě, zatímco UO2.04 a UO2.084 vykazují endotermický pík mezi přibližně 600 a 950 K. To je způsobeno energií potřebnou k rozpuštění fáze U4O9. Všimněte si, že plocha píku pro UO2.084 je větší než pro UO2.04 kvůli většímu množství fáze U4O9.
Hmotnostní změny a uvolněné plyny
Teplotně závislá změna hmotnosti ve spojení s analýzou vyvíjených plynů poskytuje cenné informace, které pomáhají kvantifikovat poměr O/M, odplyňování během zpracování paliva, korozi, redukci, těkavé štěpné produkty/aktinidy během vitrifikace, nečistoty zbývající z procesu separace atd. Pro tyto typy analýz se široce používají termogravimetrické analyzátory (TGA) nebo simultánní přístroje TGA-DSC (STA), spojené s kvadrupólovým hmotnostním spektrometrem (QMS) buď přímo, nebo pomocí vyhřívané přenosové linky, nebo TGA či STA, spojené s FT-IR pomocí vyhřívané přenosové linky. Stejně jako u ostatních dříve popsaných technik lze tyto přístroje snadno upravit pro práci za tepla.
Teploty solidus a liquidus
Údaje o teplotě tuhého a kapalného skupenství a teplotě tání jsou nezbytné pro stanovení bezpečných provozních podmínek reaktoru a pro modelování scénářů havárií, jako jsou ztráty chladiva. Tyto teploty jsou výrazně ovlivněny nečistotami, radiačním poškozením, poměrem O/M, vyhořením a samozřejmě složením.
Je překvapivé, že teploty solidus/liquidus je notoricky obtížné přesně měřit. Pro tato měření se nejčastěji používá technika DSC, je však třeba dbát na to, aby nedošlo k podchlazení během tuhnutí (což je kritické zejména u kovových slitin). Je třeba pečlivě zvážit časové konstanty vzorku a rychlost nárůstu teploty. Teploty solidus/liquidus většiny kovových slitin lze měřit také technikou laserového záblesku (prostřednictvím údajů o tepelné vodivosti/tepelné difuzivitě) a dilatometrii lze použít jak pro vodiče, tak pro izolanty. U materiálů, které se taví při ultravysokých teplotách, se někdy k měření teploty používá tepelná aretace pomocí optických pyrometrů. Při zvážení všech okolností je DSC nejuniverzálnější a nejpřesnější metodou.
Poměr O/M
Tento obrázek ukazuje poměr O/M během zahřívání. Tyto hodnoty byly vypočteny z údajů TGA naměřených při více parciálních tlacích kyslíku (PO2). Během zahřívání začíná O/M klesat při ≈1000 °C a jsou zřetelné různé rychlosti redukce vyplývající z proměnlivého PO2 v celém vzorku.
Jaderná bezpečnost, výkonnost a výzkum materiálů
NETZSCH Společnost Analyzing & Testing poskytuje osvědčená řešení tepelné analýzy, která podporují jaderný výzkum, vývoj paliva, hodnocení bezpečnosti a kvalifikaci materiálů. Naše přístroje se používají po celém světě ve výzkumných ústavech, průmyslu a vládních laboratořích ke zkoumání tepelného chování, stability a termofyzikálních vlastností jaderných materiálů za kontrolovaných a reprodukovatelných podmínek.
Soubory ke stažení a média
Brožury
Související zařízení
Aplikační literatura
Poradenství a prodej
Máte další dotazy k přístroji, metodě a chcete si promluvit s obchodním zástupcem?
Servis a podpora
Máte již přístroj a potřebujete technickou podporu nebo náhradní díly?