Εισαγωγή
Το Zircaloy BCR-276 (Zirc-4) είναι πιστοποιημένο υλικό αναφοράς της Ευρωπαϊκής Επιτροπής. Τα κράματα ζιρκάλου είναι κοινά υλικά επένδυσης σε θερμικούς αντιδραστήρες λόγω της χαμηλής διατομής απορρόφησης θερμικών νετρονίων και των εξαιρετικών θερμικών και μηχανικών ιδιοτήτων τους. Κατά τη διάρκεια του ατυχήματος που προκλήθηκε από το σεισμό/το ατύχημα στο πυρηνικό εργοστάσιο Fukushima-Daiichi στην Ιαπωνία, το υδρογόνο συσσωρεύτηκε κάτω από την οροφή του κτιρίου και αναφλέχθηκε. Ένας τρόπος παραγωγής υδρογόνου υπό αυτές τις έκτακτες συνθήκες θα μπορούσε να ακολουθήσει τη σχετικά απλή χημική αντίδραση (1):
Zr + 2H2O--> ZrO2 + 2H2 + ΔH
Για να επιβεβαιωθεί αυτή η αντίδραση, πραγματοποιήθηκαν ορισμένα προκαταρκτικά πειράματα τα οποία περιγράφονται παρακάτω.
Πειραματικό
Ένα NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® ήταν εξοπλισμένο με κλίβανο υδρατμών και φασματογράφο μάζας QMS QMS 403 Aeolos. Τρεις κύλινδροι από το BCR-276 (βάρος δείγματος περίπου 600 mg) τοποθετήθηκαν σε πλάκα αλουμίνας σε φορέα δειγμάτων TG. Τα δείγματα θερμάνθηκαν με 5 και 10 K/min υπό N2 και υδρατμούς στους 1050°C. Οι εντάσεις του νερού και του υδρογόνου παρακολουθήθηκαν με το φασματόμετρο μάζας.
Αποτελέσματα και συζήτηση
Το Σχήμα 1 απεικονίζει την καμπύλη TG (μεταβολή μάζας) και τις εντάσεις του υδρογόνου και του νερού σε σχέση με τη θερμοκρασία για τη μέτρηση 10 K/min. Μετά την έναρξη της αύξησης της μάζας λόγω οξείδωσης αυξάνεται και το επίπεδο του υδρογόνου.
Ταυτόχρονα με την αύξηση του υδρογόνου, η ένταση του νερού μειώνεται. Η αύξηση του βάρους μέχρι τους 1050°C ήταν 4 % κ.β.
Στο σχήμα 2 συγκρίθηκαν οι καμπύλες TG και οι εντάσεις του υδρογόνου για τις δύο μετρήσεις σε 5 K/min και 10 K/min. Σε ρυθμό θέρμανσης 5 K/min η οξείδωση και η ανάπτυξη υδρογόνου αρχίζει νωρίτερα από ό,τι στα 10 K/min. Στους 950°C περίπου, η εξέλιξη του υδρογόνου περνά σε σταθερή κορεσμένη κατάσταση (σταθερό επίπεδο).
Στο σχήμα 3 παρουσιάζεται το δείγμα πριν και μετά τη μέτρηση.
