yDINASEMA
STA, TGA ja EGA ydinvoimassa
Lämpöstabiilisuuden, hajoamisen ja kaasujen kehittymisen ymmärtäminen
Ydintutkimuksessa ja -teknologiassa materiaalit altistuvat äärimmäisille lämpötiloille, reaktiivisille ilmakehille ja pitkälle käyttöiälle. On tärkeää ymmärtää, miten nämä materiaalit käyttäytyvät termisesti, kemiallisesti ja rakenteellisesti, jotta voidaan varmistaa turvallisuus, suorituskyky ja säännösten noudattaminen.
NETZSCH tarjoaa kattavan valikoiman samanaikaisen lämpöanalyysin (STA), termogravimetrisen analyysin (TGA) ja kehittyneen kaasun analyysin (EGA) ratkaisuja, jotka on räätälöity ydinsovellusten erityisvaatimuksiin. Kyky toimia valvotuissa ilmakehissä, tuottaa toistettavia tietoja ja Identify kehittyneet kaasut tukee:
- materiaalien valintaa ja kelpuuttamista
- turvallisuuteen liittyvät materiaalien arvioinnit
- käyttöiän ja vakauden arvioinnit
- polttoaine-, rakenne- ja jätemateriaalien tutkimus
Vuosikymmenten kokemuksemme korkeiden lämpötilojen mittaamisesta, ilmakehän hallinnasta ja kehittyneistä turvallisuuskonsepteista tukee ydinsovelluksia, jotka ulottuvat materiaalien perustutkimuksesta sovellettuun tekniikkaan ja lainsäädännölliseen testaukseen.
TGA
Termogravimetrinen analyysi (TGA) keskittyy massan muutosten tarkkaan mittaamiseen lämpötilan ja ajan funktiona. Menetelmä on olennaisen tärkeä materiaalien vakauden ja kemiallisten reaktioiden tutkimisessa ydintutkimuksessa.
Tyypillisiä ydinvoimaan liittyviä sovelluksia ovat mm:
- hapettumisen ja korroosion käyttäytymisen analysointi
- termisten hajoamisprosessien tutkiminen
- reaktiokinetiikan ja materiaalin hajoamisen arviointi
- polttoaineen, jätteen ja suojamateriaalien arviointi
Suuri herkkyys ja vakaa perustason suorituskyky mahdollistavat luotettavat mittaukset myös small massan muutoksissa, mikä on erityisen tärkeää ydinalan kannalta tärkeiden materiaalien ja turvallisuuden arvioinnissa.
STA
STA yhdistää termogravimetrisen analyysin ja DSC:n yhdessä kokeessa, mikä mahdollistaa massanmuutosten ja lämpövaikutusten samanaikaisen mittaamisen.
Ydinsovelluksissa STA:ta käytetään laajalti seuraavien aineiden karakterisointiin:
- ydinpolttoaineet ja polttoaineen esiasteet
- verhous- ja rakennemateriaalit
- keramiikka, oksidit ja grafiitti
- reaktoreiden ja jätehuoltojärjestelmien kehittyneet materiaalit
STA antaa olennaista tietoa lämpöstabiilisuudesta, hajoamiskäyttäytymisestä, hapettumis- ja pelkistymisreaktioista, mikä tukee materiaalien pätevöintiä koko ydinpolttoainekierron ajan. Mittaukset voidaan suorittaa kontrolloiduissa ilmakehissä, mukaan lukien inertit ja reaktiiviset kaasut, jolloin voidaan simuloida sovelluksen kannalta merkityksellisiä ympäristöjä.
EGA
Kun STA yhdistetään EGA:han esimerkiksi FT-IR- tai massaspektrometrin avulla, STA:sta tulee tehokas väline kuumentamisen aikana vapautuvien kaasujen tunnistamiseen ja määrälliseen määrittämiseen. Tämä on tärkeää seuraavissa tapauksissa:
- hajoamistuotteiden analysoimiseksi,
- korroosio- ja hapettumisreaktioiden seurantaan,
- polttoaineen ja jätemateriaalin käyttäytymisen arvioinnissa,
- turvallisuus- ja eristystutkimusten tukeminen.
NETZSCH kytkentäratkaisut mahdollistavat massanmuutoksen ja kaasun koostumuksen samanaikaisen mittaamisen, mikä antaa syvällisemmän käsityksen ydinvoimaympäristöissä merkityksellisistä lämpöprosesseista.
Ominaislämpö ja siirtymäenergiat
Materiaalin kyky varastoida energiaa määräytyy osittain sen ominaislämmön (tuntuvan lämmön) mukaan. Tämä muodostuu materiaalista riippuen ristikko-, elektronisista ja vikakomponenteista. Tätä ominaisuutta tarvitaan minkä tahansa ohimenevän lämmönsiirtoprosessin suunnittelussa. Sitä käytetään myös polttoaineiden pinnan hapettumisen/pelkistymisen ja O/M-suhteen (vikojen) kvantifiointiin käsittelyn aikana. Joissakin tapauksissa ominaislämpöä voidaan käyttää vaurioiden laajuuden indikaattorina säteilytyksen jälkeisessä tutkimuksessa (PIE), esim. varastoituneen energian osalta. Sitä tarvitaan myös lämmönjohtavuuden laskemiseen lämpödiffuusiotiedoista.
Siirtymäenergioita (latentti lämpö) tarvitaan kiinteän aineen ja kiinteän aineen välisten siirtymien, sulamisen/jähmettymisen ja hajoamisen kuvaamiseen. Sekä ominaislämpö että siirtymäenergiat mitataan tarkimmin ja tehokkaimmin differentiaalipyyhkäisykalorimetrialla (DSC).
Ominaislämpö voidaan mitata myös laserleimahdustekniikalla, joskin epätarkemmin ja vain pienemmällä datapistemäärällä. (DSC:ssä lämpötilariippuvaisen ominaislämpötiedon tuottaminen lähes jatkuvana sarjana on vakiovaruste) Tarvittavan asiantuntemuksen avulla DSC-laitteet voidaan helposti mukauttaa kuumatyöhön.
Lämpötilariippuvainen ominaislämpö (Cp)
Stoikiometrinen UO2 noudattaa klassista lämpötilariippuvaista ominaislämpötrendiä, kun taas UO2.04: n ja UO2.084: n ominaislämpötiloissa on EndoterminenNäytteen siirtyminen tai reaktio on endoterminen, jos muuntumiseen tarvitaan lämpöä.endoterminen piikki noin 600 ja 950 K:n välillä. Tämä johtuu U4O9-faasin liuottamiseen tarvittavasta energiasta. Huomattakoon, että UO2.084:n piikin pinta-ala on suurempi kuin UO2.04: n, koska U4O9-faasin määrä on suurempi.
Massanmuutos ja kehittyneet kaasut
Lämpötilariippuvainen massanmuutos yhdistettynä kehittyneiden kaasujen analyysiin antaa arvokasta tietoa, jonka avulla voidaan määrittää O/M-suhde, polttoaineen käsittelyn aikana tapahtuva kaasujen poistuminen, korroosio, pelkistyminen, haihtuvat fissiotuotteet/aktinidit lasittumisen aikana, erotusprosessissa jäljelle jääneet epäpuhtaudet jne. Tämäntyyppisiin analyyseihin käytetään laajalti termogravimetrisia analysaattoreita (TGA) tai samanaikaisia TGA-DSC-laitteita (STA), jotka on kytketty kvadrupolimassaspektrometriin (QMS) joko suoraan tai lämmitetyn siirtolinjan kautta, tai TGA- tai STA-laitteita, jotka on kytketty FT-IR-laitteeseen lämmitetyn siirtolinjan kautta. Muiden aiemmin käsiteltyjen tekniikoiden tapaan nämä laitteet voidaan helposti muuttaa kuumaa työtä varten.
Solidus- ja Liquidus-lämpötilat
Solidus- ja liquiduslämpötiloja sekä sulamislämpötiloja koskevat tiedot ovat välttämättömiä reaktorin turvallisten käyttöolosuhteiden määrittämiseksi ja onnettomuusskenaarioiden, kuten jäähdytysainehäviöiden, mallintamiseksi. Näihin lämpötiloihin vaikuttavat suuresti epäpuhtaudet, säteilyvauriot, O/M-suhteet, palaminen ja tietenkin koostumus.
Yllättäen solidus-/liquiduslämpötiloja on tunnetusti vaikea mitata tarkasti. DSC on tekniikka, jota käytetään useimmiten näihin mittauksiin, mutta on huolehdittava siitä, ettei jähmettymisen aikana tapahdu alijäähdytystä (mikä on erityisen tärkeää metalliseoksille). Näytteen aikavakioita ja lämpötilan nousunopeuksia on harkittava huolellisesti. Useimpien metalliseosten solidus-/liquiduslämpötiloja voidaan mitata myös laserleimahdustekniikalla (LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus-/lämpödiffuusiotietojen avulla), ja dilatometriaa voidaan käyttää sekä johtimille että eristeille. Erittäin korkeissa lämpötiloissa sulavissa materiaaleissa käytetään toisinaan lämpötilan mittaamiseen lämpöpysäytystä optisilla pyrometreillä. Kaiken kaikkiaan DSC on monipuolisin ja tarkin menetelmä.
O/M-suhde
Tässä kuvassa esitetään O/M-suhde lämmityksen aikana. Nämä arvot on laskettu TGA-tiedoista, jotka on mitattu useissa hapen osapaineissa (PO2). Kuumennuksen aikana O/M alkaa pienentyä ≈1000 °C:ssa, ja näytteessä on selvästi erilaisia pienenemisnopeuksia, jotka johtuvat vaihtelevasta PO2:sta.
Ydinturvallisuuden, suorituskyvyn ja materiaalien tutkimus
NETZSCH Analyzing & Testing tarjoaa testattuja lämpöanalyysiratkaisuja, jotka tukevat ydintutkimusta, polttoaineen kehittämistä, turvallisuusarviointia ja materiaalien kelpuutusta. Laitteitamme käytetään maailmanlaajuisesti tutkimuslaitoksissa, teollisuudessa ja valtion laboratorioissa ydinmateriaalien lämpökäyttäytymisen, vakauden ja termofysikaalisten ominaisuuksien tutkimiseen valvotuissa ja toistettavissa olosuhteissa.
Lataukset ja media
Esitteet
Aiheeseen liittyvät laitteet
Sovelluskirjallisuus
Konsultointi & myynti
Onko sinulla lisäkysymyksiä laitteesta, menetelmästä tai haluatko puhua myyntiedustajan kanssa?