STA, TGA e EGA nel nucleare

Calore specifico ed energia di transizione

La capacità di un materiale di immagazzinare energia è in parte regolata dal suo calore specifico (calore sensibile). Questo è composto da componenti reticolari, elettronici e difetti, a seconda del materiale. Questa proprietà è necessaria per la progettazione di qualsiasi processo di trasferimento di calore transitorio. Viene anche utilizzata per quantificare l'OssidazioneL'ossidazione può descrivere diversi processi nel contesto dell'analisi termica.ossidazione/riduzione superficiale e il rapporto O/M (difetti) dei combustibili durante la lavorazione. In alcuni casi, il calore specifico può essere utilizzato come indicatore dell'entità del danno nell'esame post-irraggiamento (PIE), ad esempio dell'energia immagazzinata. È inoltre necessario per calcolare la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica dai dati di Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica.

L'energia di transizione (calore latente) è necessaria per caratterizzare le transizioni solido-solido, la Temperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione/solidificazione e la Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione. Sia il calore specifico che l'energia di transizione sono misurati in modo più accurato ed efficiente con la calorimetria a scansione differenziale (DSC).

Il calore specifico può essere misurato anche con la tecnica del flash laser, sebbene con un'accuratezza ridotta e solo con un numero ridotto di punti dati. (Con la DSC, la generazione di una serie quasi continua di dati sul calore specifico in funzione della temperatura è standard) Con la necessaria esperienza, i DSC possono essere facilmente adattati al lavoro a caldo.

Variazione di massa e gas evoluti

La variazione di massa in funzione della temperatura accoppiata all'analisi dei gas evoluti fornisce informazioni preziose per aiutare a quantificare il rapporto O/M, i gas in uscita durante la lavorazione del combustibile, la corrosione, la riduzione, i prodotti di fissione volatili/attinidi durante la vetrificazione, le impurità rimaste dal processo di separazione, ecc. Gli analizzatori termogravimetrici (TGA) o gli strumenti simultanei TGA-DSC (STA), accoppiati a uno spettrometro di massa a quadrupolo (QMS) direttamente o tramite una linea di trasferimento riscaldata, o un TGA o STA, accoppiato a un FT-IR tramite una linea di trasferimento riscaldata, sono ampiamente utilizzati per questi tipi di analisi. Come per le altre tecniche precedentemente discusse, questi strumenti possono essere facilmente modificati per il lavoro a caldo.

Temperature solidus e liquidus

I dati relativi alla temperatura solida e liquida e alla Temperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). temperatura di fusione sono necessari per stabilire le condizioni operative sicure dei reattori e per modellare scenari di incidenti come le perdite di refrigerante. Queste temperature sono fortemente influenzate da impurità, danni da radiazioni, rapporti O/M, combustione e, naturalmente, composizione.

Sorprendentemente, le temperature solidus/liquidus sono notoriamente difficili da misurare con precisione. La DSC è la tecnica più utilizzata per queste misure, ma occorre fare attenzione a evitare il sottoraffreddamento durante la solidificazione (particolarmente critico per le leghe metalliche). Le costanti di tempo del campione e le velocità di rampa della temperatura devono essere considerate con attenzione. Le temperature solidus/liquidus della maggior parte delle leghe metalliche possono essere misurate anche con la tecnica del flash laser (attraverso i dati di Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica/Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica) e la dilatometria può essere utilizzata sia per i conduttori che per gli isolanti. Per i materiali che fondono a temperature elevatissime, a volte si ricorre all'arresto termico utilizzando pirometri ottici per la misurazione della temperatura. Tutto sommato, il DSC è il metodo più versatile e accurato.