nUKLEAR
LFA in der Nuklearindustrie
Präzise Daten zur WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit und TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit bei hohen Temperaturen
Die Wärmeleitfähigkeit ist ein entscheidender Parameter in der Kerntechnik. Sie hat direkten Einfluss auf die Wärmeübertragung, die Temperaturgradienten und die allgemeine Reaktorsicherheit.
NETZSCH Laser-Flash-Analysesysteme (LFA) werden häufig eingesetzt, um die Wärmeleitfähigkeit von Kernbrennstoffen, Keramiken, Graphit, Metallen und Verbundwerkstoffen über einen breiten Temperaturbereich zu bestimmen. In Kombination mit Daten zu DichteDie Massen-Dichte ist definiert als Verhältnis zwischen Masse und Volumen.Dichte und spezifischer Wärmekapazität lassen sich daraus zuverlässige Werte für die Wärmeleitfähigkeit ableiten.
Die LFA eignet sich besonders für nukleare Anwendungen, da sie folgende Vorteile bietet:
- Berührungslose, schnelle Messung
- Hohe Genauigkeit über weite Temperaturbereiche
- Kompatibilität mit inerten und kontrollierten Atmosphären
- Bewährte Leistung für Feststoffe, die in extremen Umgebungen eingesetzt werden
Diese Fähigkeiten unterstützen die Modellierung der Brennstoffleistung, die Materialauswahl und die Validierung von Simulationsdaten, die bei der Reaktorkonstruktion und Sicherheitsanalyse verwendet werden.
Die LFA 717 HyperFlash®-Serie
Die LFA 717 HyperFlash®-Serie basiert auf einem Xenon-Blitz mit kompaktem Design. Die Niedertemperaturversion deckt den Temperaturbereich von -100 °C bis 500 °C ab. Eine Vielzahl von Kühloptionen ermöglicht Messungen über den gesamten Temperaturbereich des Geräts, ohne dass Ofen oder Detektor gewechselt werden müssen. Der integrierte automatische Probenwechsler (ASC) der LFA 717 HyperFlash® ermöglicht die unbeaufsichtigte Analyse von bis zu 16 Proben.
Die Hochtemperaturversion LFA 717 HyperFlash® HT arbeitet zwischen Raumtemperatur und >1250 °C. Der ASC kann bis zu 4 Proben verarbeiten.
Die LFA 427
Die NETZSCH LFA 427 ist das leistungsstärkste und vielseitigste LFA-System für Forschung und Entwicklung sowie für alle Anwendungen zur Charakterisierung von Standard- und Kernmaterialien.
Die LFA 427 steht für hohe Präzision und Reproduzierbarkeit, kurze Messzeiten und definierte Atmosphären über einen Temperaturbereich von -120 °C bis 2800 °C. Spezielle Halterungen für Flüssigkeits-, Faser-, Pasten-, Pulver- und Laminatproben sind erhältlich. Selbst Brennstofffragmente können getestet werden. Das System ist vakuumdicht bis 10-5 mbar. Die variablen Funktionen für Laserleistung und Impulsbreite erleichtern die Optimierung der Testparameter.
Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit ist die wohl wichtigste thermophysikalische Eigenschaft und von entscheidender Bedeutung für die Konstruktion jedes Systems, das bei erhöhten oder unterhalb der Umgebungstemperatur liegenden Temperaturen betrieben wird. Sie besteht je nach Material aus einer Gitter- und/oder elektronischen Komponente (andere Komponenten sind ebenfalls möglich).
In der Nuklearindustrie steuert die Wärmeleitfähigkeit u.a. folgende Faktoren:
- Temperaturgradienten im Brennstoff
- die Effizienz von Hüllrohren und Wärmetauschern
- die Fähigkeit geologischer Endlager und Behältermaterialien, Wärme abzuleiten
- Wärmeübertragung in mehrschichtigen Brennstoffsystemen, z. B. TRISO.
Die vollständige Liste ist lang. Die Wärmeleitfähigkeit wird unter anderem stark beeinflusst durch Korrosion, Hydrierung, Verschmutzung, O/M-Verhältnis, Mitnahme von Spaltprodukten, Strahlenschäden, Zusammensetzung, Porosität.
Die Wärmeleitfähigkeit/Temperaturleitfähigkeit fast aller Kernmaterialien lässt sich am effizientesten mit der Laser-Flash-Technik (LFA) messen. LFA-Analysegeräte können mit entsprechenden Modifikationen problemlos in Gloveboxen und Heißzellen (sogenannte hot cells) integriert werden.
| Modell | Temperaturbereich | Atmosphäre | Energie | Detektor |
|---|---|---|---|---|
| LFA 717 | -100o C bis 500o C | inert, oxid. | Xenon flash | InSb/MCT |
| LFA 717 HT | RT bis > 1250o C | inert, oxid., vac. | Xenon flash | InSb |
| LFA 427 | -120o C bis 2800o C | inert, oxid., red., vac., corr. | Laser | ISb/ MCT |
Nukleare Sicherheit, Leistungs- und Materialforschung
NETZSCH Analysieren & Prüfen bietet bewährte thermische Analyselösungen, die die Kernforschung, Brennstoffentwicklung, Sicherheitsbewertung und Materialqualifizierung unterstützen. Unsere Geräte werden weltweit in Forschungsinstituten, in der Nuklearindustrie und in staatlichen Laboren eingesetzt, um das thermische Verhalten, die Stabilität und die thermophysikalischen Eigenschaften von Kernmaterialien unter kontrollierten und reproduzierbaren Bedingungen zu untersuchen.
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