πΥΡΗΝΙΚΑ
STA, TGA και EGA σε πυρηνικά
Κατανόηση της θερμικής σταθερότητας, της αποσύνθεσης και της εξέλιξης των αερίων
Στην πυρηνική έρευνα και τεχνολογία, τα υλικά εκτίθενται σε ακραίες θερμοκρασίες, αντιδραστικές ατμόσφαιρες και μεγάλη διάρκεια ζωής. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πώς συμπεριφέρονται αυτά τα υλικά θερμικά, χημικά και δομικά για να διασφαλίσουμε την ασφάλεια, τις επιδόσεις και τη συμμόρφωση με τις κανονιστικές διατάξεις.
NETZSCH προσφέρει ένα ολοκληρωμένο χαρτοφυλάκιο λύσεων ταυτόχρονης θερμικής ανάλυσης (STA), θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης (TGA) και ανάλυσης εξελιγμένων αερίων (EGA), προσαρμοσμένων στις ειδικές απαιτήσεις των πυρηνικών εφαρμογών. Η δυνατότητα λειτουργίας υπό ελεγχόμενες ατμόσφαιρες, η παροχή αναπαραγώγιμων δεδομένων και η υποστήριξη των εξελιγμένων αερίων Identify:
- επιλογή και πιστοποίηση υλικών
- αξιολογήσεις υλικών που σχετίζονται με την ασφάλεια
- αξιολογήσεις διάρκειας ζωής και σταθερότητας
- έρευνα σε καύσιμα, δομικά υλικά και απόβλητα
Με την εμπειρία δεκαετιών στις μετρήσεις υψηλών θερμοκρασιών, τον έλεγχο της ατμόσφαιρας και τις προηγμένες έννοιες ασφάλειας, υποστηρίζουμε πυρηνικές εφαρμογές που κυμαίνονται από τη θεμελιώδη έρευνα υλικών έως την εφαρμοσμένη μηχανική και τις κανονιστικές δοκιμές.
TGA
Η θερμοβαρυμετρική ανάλυση (TGA) επικεντρώνεται στην ακριβή μέτρηση των μεταβολών της μάζας ως συνάρτηση της θερμοκρασίας και του χρόνου. Η μέθοδος αυτή είναι θεμελιώδης για τη διερεύνηση της σταθερότητας των υλικών και των χημικών αντιδράσεων στην πυρηνική έρευνα.
Οι τυπικές εφαρμογές που σχετίζονται με την πυρηνική ενέργεια περιλαμβάνουν:
- ανάλυση της συμπεριφοράς οξείδωσης και διάβρωσης
- διερεύνηση διαδικασιών θερμικής αποσύνθεσης
- αξιολόγηση της κινητικής των αντιδράσεων και της υποβάθμισης των υλικών
- αξιολόγηση καυσίμων, αποβλήτων και υλικών συγκράτησης
Η υψηλή ευαισθησία και οι σταθερές επιδόσεις γραμμής βάσης επιτρέπουν αξιόπιστες μετρήσεις ακόμη και για μεταβολές μάζας small, πράγμα ιδιαίτερα σημαντικό για την αξιολόγηση υλικών και ασφάλειας που σχετίζονται με την πυρηνική ενέργεια.
STA
Η STA συνδυάζει τη θερμοβαρυμετρική ανάλυση με την DSC σε ένα μόνο πείραμα, επιτρέποντας την ταυτόχρονη μέτρηση των μεταβολών μάζας και των θερμικών επιδράσεων.
Στις πυρηνικές εφαρμογές, η STA χρησιμοποιείται ευρέως για τον χαρακτηρισμό των εξής:
- πυρηνικών καυσίμων και πρόδρομων καυσίμων
- υλικών επένδυσης και δομικών υλικών
- κεραμικά, οξείδια και γραφίτη
- προηγμένα υλικά για αντιδραστήρες και συστήματα διαχείρισης αποβλήτων
Η STA παρέχει ουσιαστικές πληροφορίες σχετικά με τη θερμική σταθερότητα, τη συμπεριφορά αποσύνθεσης, τις αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής, υποστηρίζοντας τον χαρακτηρισμό των υλικών σε όλο τον κύκλο του πυρηνικού καυσίμου. Οι μετρήσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν υπό ελεγχόμενες ατμόσφαιρες, συμπεριλαμβανομένων αδρανών και αντιδραστικών αερίων, επιτρέποντας την προσομοίωση περιβαλλόντων σχετικών με την εφαρμογή.
EGA
Όταν συνδυάζεται με EGA, για παράδειγμα μέσω FT-IR ή φασματομετρίας μάζας, η STA γίνεται ένα ισχυρό εργαλείο για τον προσδιορισμό και την ποσοτικοποίηση των αερίων που απελευθερώνονται κατά τη θέρμανση. Αυτό είναι απαραίτητο για:
- την ανάλυση των προϊόντων αποσύνθεσης,
- παρακολούθηση αντιδράσεων διάβρωσης και οξείδωσης,
- την αξιολόγηση της συμπεριφοράς καυσίμων και αποβλήτων,
- την υποστήριξη μελετών ασφάλειας και περιορισμού.
NETZSCH οι λύσεις ζεύξης επιτρέπουν την ταυτόχρονη μέτρηση της αλλαγής μάζας και της σύνθεσης του αερίου, παρέχοντας βαθύτερη κατανόηση των θερμικών διεργασιών που σχετίζονται με τα πυρηνικά περιβάλλοντα.
Ειδική θερμότητα και ενεργητική μετάβασης
Η ικανότητα ενός υλικού να αποθηκεύει ενέργεια διέπεται εν μέρει από την ειδική θερμότητα (αισθητή θερμότητα). Αυτή αποτελείται από στοιχεία πλέγματος, ηλεκτρονικά στοιχεία και ατέλειες, ανάλογα με το υλικό. Η ιδιότητα αυτή απαιτείται για το σχεδιασμό οποιασδήποτε μεταβατικής διαδικασίας μεταφοράς θερμότητας. Χρησιμοποιείται επίσης για την ποσοτικοποίηση της επιφανειακής οξείδωσης/αναγωγής και του λόγου O/M (ατέλειες) των καυσίμων κατά την επεξεργασία. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ειδική θερμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης της έκτασης της βλάβης κατά την εξέταση μετά την ακτινοβόληση (PIE), π.χ. της αποθηκευμένης ενέργειας. Απαιτείται επίσης για τον υπολογισμό της θερμικής αγωγιμότητας από δεδομένα θερμικής διάχυσης.
Η ενέργεια μετάβασης (λανθάνουσα θερμότητα) απαιτείται για τον χαρακτηρισμό των μεταβάσεων στερεού-στερεού, της τήξης/στερεοποίησης και της αποσύνθεσης. Τόσο η ειδική θερμότητα όσο και η ενεργητική μετάβασης μετρώνται με μεγαλύτερη ακρίβεια και αποτελεσματικότητα με τη διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC).
Η ειδική θερμότητα μπορεί επίσης να μετρηθεί με την τεχνική laser flash, αν και με μειωμένη ακρίβεια και μόνο με μειωμένο αριθμό σημείων δεδομένων. (Με την DSC, η παραγωγή ενός σχεδόν συνεχούς συνόλου δεδομένων ειδικής θερμότητας που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία είναι τυπική) Με την απαιτούμενη τεχνογνωσία, οι DSC μπορούν εύκολα να προσαρμοστούν για θερμή εργασία.
Εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία ειδική θερμότητα (Cp)
Το στοιχειομετρικό UO2 ακολουθεί την κλασική τάση της ειδικής θερμότητας που εξαρτάται από τη θερμοκρασία, ενώ η αντίστοιχη για τα UO2.04 και UO2.084 εμφανίζει μια ενδόθερμη κορυφή μεταξύ περίπου 600 και 950K. Αυτό οφείλεται στην ενέργεια που απαιτείται για τη διάλυση της φάσης U4O9. Σημειώνεται ότι η περιοχή της κορυφής για το UO2.084 είναι μεγαλύτερη από εκείνη του UO2.04 λόγω της μεγαλύτερης ποσότητας της φάσης U4O9.
Αλλαγή μάζας και εξελιγμένα αέρια
Η εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία μεταβολή μάζας σε συνδυασμό με την ανάλυση των εξελιγμένων αερίων παρέχει πολύτιμες πληροφορίες που βοηθούν στην ποσοτικοποίηση του λόγου Ο/Μ, των εκλυόμενων αερίων κατά την επεξεργασία του καυσίμου, της διάβρωσης, της αναγωγής, των πτητικών προϊόντων σχάσης/ακτινιδίων κατά την υαλοποίηση, των ακαθαρσιών που παραμένουν από τη διαδικασία διαχωρισμού κ.λπ. Για αυτούς τους τύπους αναλύσεων χρησιμοποιούνται ευρέως θερμοβαρυμετρικοί αναλυτές (TGA) ή όργανα ταυτόχρονης TGA-DSC (STA), συζευγμένα με τετραπολικό φασματόμετρο μάζας (QMS) είτε απευθείας είτε μέσω θερμαινόμενης γραμμής μεταφοράς, ή TGA ή STA, συζευγμένα με FT-IR μέσω θερμαινόμενης γραμμής μεταφοράς. Όπως και με τις άλλες τεχνικές που συζητήθηκαν προηγουμένως, τα όργανα αυτά μπορούν εύκολα να τροποποιηθούν για εργασίες εν θερμώ.
Θερμοκρασίες Solidus και Liquidus
Τα δεδομένα για τη θερμοκρασία στερεού και υγρού καθώς και τη θερμοκρασία τήξης είναι απαραίτητα για τον καθορισμό ασφαλών συνθηκών λειτουργίας του αντιδραστήρα και για τη μοντελοποίηση σεναρίων ατυχημάτων, όπως οι απώλειες ψυκτικού μέσου. Οι θερμοκρασίες αυτές επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από τις προσμίξεις, τη βλάβη από την ακτινοβολία, τις αναλογίες Ο/Μ, την καύση και, φυσικά, τη σύνθεση.
Παραδόξως, οι θερμοκρασίες solidus/liquidus είναι γνωστό ότι είναι δύσκολο να μετρηθούν με ακρίβεια. Η DSC είναι η τεχνική που χρησιμοποιείται συχνότερα για αυτές τις μετρήσεις, αλλά πρέπει να δοθεί προσοχή στην αποφυγή της υποχώρησης κατά τη στερεοποίηση (ιδιαίτερα κρίσιμη για τα μεταλλικά κράματα). Οι σταθερές χρόνου του δείγματος και οι ρυθμοί αύξησης της θερμοκρασίας πρέπει να εξετάζονται προσεκτικά. Οι θερµοκρασίες στερεού/υγρού των περισσότερων µεταλλικών κραµάτων µπορούν επίσης να µετρηθούν µε την τεχνική laser flash (µέσω δεδοµένων θερµικής αγωγιµότητας/θερµικής διαχυτότητας) και η διαστολοµετρία µπορεί να χρησιµοποιηθεί τόσο για αγωγούς όσο και για µονωτές. Για υλικά που λιώνουν σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, χρησιμοποιείται μερικές φορές η θερμική σύλληψη με τη χρήση οπτικών πυρανόμετρων για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Συνολικά, η DSC είναι η πιο ευέλικτη και ακριβής μέθοδος.
Αναλογία O/M
Αυτό το σχήμα δείχνει την αναλογία O/M κατά τη διάρκεια της θέρμανσης. Οι τιμές αυτές υπολογίστηκαν από δεδομένα TGA που μετρήθηκαν υπό πολλαπλές μερικές πιέσεις οξυγόνου (PO2). Κατά τη διάρκεια της θέρμανσης, το O/M αρχίζει να μειώνεται στους ≈1000°C και υπάρχουν σαφώς διαφορετικοί ρυθμοί μείωσης που προκύπτουν από τη μεταβλητή PO2 σε όλο το δείγμα.
Πυρηνική ασφάλεια, απόδοση και έρευνα υλικών
NETZSCH Η Analyzing & Testing παρέχει αποδεδειγμένες λύσεις θερμικής ανάλυσης που υποστηρίζουν την πυρηνική έρευνα, την ανάπτυξη καυσίμων, την αξιολόγηση της ασφάλειας και την πιστοποίηση υλικών. Τα όργανά μας χρησιμοποιούνται παγκοσμίως σε ερευνητικά ινστιτούτα, βιομηχανικά και κυβερνητικά εργαστήρια για τη διερεύνηση της θερμικής συμπεριφοράς, της σταθερότητας και των θερμοφυσικών ιδιοτήτων των πυρηνικών υλικών υπό ελεγχόμενες και αναπαραγώγιμες συνθήκες.
Λήψεις και μέσα ενημέρωσης
Φυλλάδια
Σχετικές συσκευές
Βιβλιογραφία εφαρμογών
Συμβουλευτική & Πωλήσεις
Έχετε περισσότερες ερωτήσεις σχετικά με το όργανο, τη μέθοδο και θέλετε να μιλήσετε με έναν αντιπρόσωπο πωλήσεων
Εξυπηρέτηση & Υποστήριξη
Έχετε ήδη ένα όργανο και χρειάζεστε τεχνική υποστήριξη ή ανταλλακτικά