nUKLEAR
STA, TGA og EGA i kernekraft
Forståelse af Termisk stabilitetEt materiale er termisk stabilt, hvis det ikke nedbrydes under påvirkning af temperaturen. En måde at bestemme et stofs termiske stabilitet på er at bruge en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet, NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning og gasudvikling
Inden for nuklear forskning og teknologi udsættes materialer for ekstreme temperaturer, reaktive atmosfærer og lange levetider. Det er vigtigt at forstå, hvordan disse materialer opfører sig termisk, kemisk og strukturelt for at sikre sikkerhed, ydeevne og overholdelse af lovgivningen.
NETZSCH tilbyder en omfattende portefølje af løsninger til simultan termisk analyse (STA), termogravimetrisk analyse (TGA) og evolveret gasanalyse (EGA), der er skræddersyet til de specifikke krav i nukleare applikationer. Evnen til at arbejde under kontrollerede atmosfærer, levere reproducerbare data og Identify udviklede gasser understøtter:
- materialevalg og -kvalificering
- sikkerhedsrelaterede materialevurderinger
- levetids- og stabilitetsevalueringer
- forskning i brændsels-, struktur- og affaldsmaterialer
Med vores årtiers erfaring inden for højtemperaturmåling, atmosfærekontrol og avancerede sikkerhedskoncepter understøtter vi nukleare anvendelser, der spænder fra grundlæggende materialeforskning til anvendt teknik og lovgivningsmæssig testning.
TGA
Termogravimetrisk analyse (TGA) fokuserer på præcis måling af masseændringer som funktion af temperatur og tid. Denne metode er grundlæggende for at undersøge materialestabilitet og kemiske reaktioner i nuklear forskning.
Typiske atomrelaterede anvendelser omfatter:
- analyse af oxidations- og korrosionsadfærd
- undersøgelse af termiske nedbrydningsprocesser
- vurdering af reaktionskinetik og materialenedbrydning
- evaluering af brændsel, affald og indeslutningsmaterialer
Høj følsomhed og stabil baseline-ydelse muliggør pålidelige målinger, selv for small masseændringer, hvilket er særligt vigtigt for nukleart relevante materialer og sikkerhedsvurderinger.
STA
STA kombinerer termogravimetrisk analyse med DSC i et enkelt eksperiment, hvilket muliggør samtidig måling af masseændringer og termiske effekter.
I nukleare anvendelser bruges STA i vid udstrækning til karakterisering af:
- nukleart brændsel og brændselsforstadier
- beklædning og strukturelle materialer
- keramik, oxider og grafit
- avancerede materialer til reaktor- og affaldshåndteringssystemer
STA giver vigtige oplysninger om Termisk stabilitetEt materiale er termisk stabilt, hvis det ikke nedbrydes under påvirkning af temperaturen. En måde at bestemme et stofs termiske stabilitet på er at bruge en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet, nedbrydningsadfærd, oxidations- og reduktionsreaktioner, hvilket understøtter materialekvalificering i hele den nukleare brændselscyklus. Målinger kan udføres under kontrollerede atmosfærer, herunder inerte og reaktive gasser, hvilket muliggør simulering af anvendelsesrelevante miljøer.
EGA
Når STA kombineres med EGA, f.eks. via FT-IR eller massespektrometri, bliver det et effektivt værktøj til at identificere og kvantificere gasser, der frigives under opvarmning. Dette er afgørende for:
- analysere nedbrydningsprodukter,
- overvågning af korrosions- og oxidationsreaktioner,
- evaluere brændsels- og affaldsmaterialers adfærd,
- understøtte sikkerheds- og indeslutningsundersøgelser.
NETZSCH koblingsløsninger giver mulighed for samtidig måling af masseændring og gassammensætning, hvilket giver en dybere forståelse af termiske processer, der er relevante for nukleare miljøer.
Specifik varme og overgangsenergetik
Et materiales evne til at lagre energi styres til dels af dets specifikke varme (følbar varme). Den består af gitter-, elektroniske- og defektkomponenter, afhængigt af materialet. Denne egenskab er nødvendig for designet af enhver transient varmeoverførselsproces. Den bruges også til at kvantificere overfladeoxidation/-reduktion og O/M-forholdet (defekter) i brændstoffer under behandlingen. I nogle tilfælde kan den specifikke varme bruges som en indikator for omfanget af skader ved undersøgelse efter bestråling (PIE), f.eks. lagret energi. Den er også nødvendig for at beregne Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne ud fra data om Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheden mm2/s) er en materialespecifik egenskab til karakterisering af ustabil varmeledning. Denne værdi beskriver, hvor hurtigt et materiale reagerer på en temperaturændring.termisk diffusivitet.
Overgangsenergier (latent varme) er nødvendige for at karakterisere faststof-faststof-overgange, Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltning/stivning og NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning. Både den specifikke varme og overgangsenergien måles mest præcist og effektivt ved hjælp af differentiel scanningskalorimetri (DSC).
Den specifikke varme kan også måles ved hjælp af laserflash-teknikken, omend med reduceret nøjagtighed og kun med et reduceret antal datapunkter. (Med DSC er det standard at generere et kvasi-kontinuerligt sæt af temperaturafhængige data for specifik varme) Med den nødvendige ekspertise kan DSC'er nemt tilpasses til varmt arbejde.
Temperaturafhængig specifik varme (Cp)
Støkiometrisk UO2 følger den klassiske temperaturafhængige tendens for specifik varme, mens den for UO2.04 og UO2.084 viser en endotermisk top mellem ca. 600 og 950K. Dette skyldes den energi, der kræves for at opløse U4O9-fasen. Bemærk, at topområdet for UO2.084 er større end for UO2.04 på grund af den større mængde af U4O9-fasen.
Masseændring og udviklede gasser
Temperaturafhængig masseændring kombineret med analyse af udviklede gasser giver værdifulde oplysninger, der hjælper med at kvantificere O/M-forholdet, udgasning under brændselsbehandling, korrosion, reduktion, flygtige fissionsprodukter/actinider under forglasning, urenheder, der er tilbage fra separationsprocessen osv. Termogravimetriske analysatorer (TGA) eller simultane TGA-DSC-instrumenter (STA), der er koblet til et quadrupol-massespektrometer (QMS) enten direkte eller via en opvarmet overførselslinje, eller en TGA eller STA, der er koblet til en FT-IR via en opvarmet overførselslinje, anvendes i vid udstrækning til disse typer analyser. Som med de andre teknikker, der tidligere er blevet diskuteret, kan disse instrumenter nemt modificeres til varmt arbejde.
Solidus- og liquidus-temperaturer
Solidus- og liquidustemperaturer samt smeltetemperaturdata er nødvendige for at etablere sikre reaktordriftsforhold og for at modellere ulykkesscenarier som f.eks. tab af kølemiddel. Disse temperaturer påvirkes i høj grad af urenheder, strålingsskader, O/M-forhold, udbrænding og selvfølgelig sammensætning.
Overraskende nok er solidus/liquidus-temperaturer notorisk vanskelige at måle nøjagtigt. DSC er den teknik, der oftest anvendes til disse målinger, men man skal være opmærksom på at undgå underafkøling under størkning (især kritisk for metallegeringer). Prøvetidskonstanter og temperaturramper skal overvejes nøje. Solidus/liquidus-temperaturer for de fleste metallegeringer kan også måles med laserflash-teknikken (via Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne/termisk diffusivitetsdata), og dilatometri kan bruges til både ledere og isolatorer. For materialer, der smelter ved ultrahøje temperaturer, anvendes der undertiden termisk arrestation ved hjælp af optiske pyrometre til temperaturmåling. Alt i alt er DSC den mest alsidige og nøjagtige metode.
O/M-forhold
Denne figur viser O/M-forholdet under opvarmning. Disse værdier blev beregnet ud fra TGA-data målt under flere partialtryk af ilt (PO2). Under opvarmningen begynder O/M at falde ved ≈1000 °C, og der er tydeligvis forskellige reduktionshastigheder som følge af det varierende PO2 over prøven.
Nuklear sikkerhed, ydeevne og materialeforskning
NETZSCH Analyzing & Testing leverer gennemprøvede løsninger til termisk analyse, der understøtter nuklear forskning, brændselsudvikling, sikkerhedsvurdering og materialekvalificering. Vores instrumenter bruges over hele verden i forskningsinstitutter, industri- og regeringslaboratorier til at undersøge den termiske adfærd, stabilitet og termofysiske egenskaber af nukleare materialer under kontrollerede og reproducerbare forhold.
Downloads og medier
Brochurer
Relaterede enheder
Anvendelseslitteratur
Rådgivning og salg
Har du yderligere spørgsmål om instrumentet og metoden, og vil du gerne tale med en salgsrepræsentant?
Service og support
Har du allerede et instrument og har brug for teknisk support eller reservedele?