Bevezetés
A Zircaloy BCR-276 (Zirc-4) az Európai Bizottság által tanúsított referenciaanyag. A cirkó ötvözetek alacsony termikus neutronelnyelési keresztmetszetük és kiváló termikus és mechanikai tulajdonságaik miatt gyakori burkolóanyagok a termikus reaktorokban. A japán Fukusima-Daiicsi atomerőműben bekövetkezett földrengés/csavargásos baleset során hidrogén halmozódott fel az épület teteje alatt, és meggyulladt. A hidrogén előállításának egyik módja ilyen rendkívüli körülmények között a viszonylag egyszerű kémiai reakciót követhette (1):
Zr + 2H2O--> ZrO2 + 2H2 + ΔH
E reakció megerősítésére néhány előzetes kísérletet végeztünk, amelyeket az alábbiakban ismertetünk.
Kísérleti
A NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® vízgőzkemencével és QMS 403 Aeolos QMS tömegspektrométerrel volt felszerelve. A BCR-276-ból származó három henger (a minta tömege kb. 600 mg) egy alumínium-oxid lemezre került egy TG mintatartóra. A mintákat 5 és 10 K/perc sebességgel N2 és vízgőz alatt 1050 °C-ra hevítettük. A víz és a hidrogén intenzitását tömegspektrométerrel követtük.
Eredmények és vita
Az 1. ábra a TG-görbét (tömegváltozás), valamint a hidrogén és a víz intenzitását mutatja a hőmérséklet függvényében a 10 K/perc mérés esetén. Az oxidáció miatti tömegnövekedés kezdete után a hidrogénszint is növekszik.
A hidrogén növekedésével párhuzamosan a víz intenzitása csökken. A tömegnövekedés 1050 °C-ig 4 tömegszázalék volt.
A 2. ábrán a TG-görbéket és a hidrogén intenzitását hasonlítottuk össze a két mérésnél 5 K/perc és 10 K/perc sebességgel. Az 5 K/perc fűtési sebességnél az oxidáció és a hidrogénfejlődés korábban kezdődik, mint 10 K/percnél. Körülbelül 950 °C-on a hidrogénfejlődés stabilan telített állapotba (állandó szintre) kerül.
A 3. ábra a mintát mutatja a mérés előtt és után.
