jĄDROWY
STA, TGA i EGA w energetyce jądrowej
Zrozumienie stabilności termicznej, rozkładu i ewolucji gazów
W badaniach i technologii jądrowej materiały są narażone na ekstremalne temperatury, reaktywne atmosfery i długi okres eksploatacji. Zrozumienie, w jaki sposób materiały te zachowują się pod względem termicznym, chemicznym i strukturalnym, ma zasadnicze znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa, wydajności i zgodności z przepisami.
NETZSCH firma Epson oferuje kompleksowe portfolio rozwiązań w zakresie jednoczesnej analizy termicznej (STA), analizy termograwimetrycznej (TGA) i analizy gazów wydzielanych (EGA), dostosowanych do specyficznych wymagań zastosowań jądrowych. Zdolność do pracy w kontrolowanej atmosferze, dostarczania powtarzalnych danych i Identify wspiera wydzielane gazy:
- wybór i kwalifikację materiałów
- oceny materiałów związanych z bezpieczeństwem
- oceny żywotności i stabilności
- badania nad materiałami paliwowymi, konstrukcyjnymi i odpadowymi
Dzięki naszemu wieloletniemu doświadczeniu w pomiarach wysokotemperaturowych, kontroli atmosfery i zaawansowanych koncepcjach bezpieczeństwa, wspieramy zastosowania jądrowe, od podstawowych badań materiałowych po inżynierię stosowaną i testy regulacyjne.
TGA
Analiza termograwimetryczna (TGA) koncentruje się na precyzyjnym pomiarze zmian masy w funkcji temperatury i czasu. Metoda ta ma fundamentalne znaczenie dla badania stabilności materiałów i reakcji chemicznych w badaniach jądrowych.
Typowe zastosowania związane z energią jądrową obejmują
- analizę utleniania i korozji
- badanie procesów rozkładu termicznego
- ocenę kinetyki reakcji i degradacji materiałów
- ocena paliwa, odpadów i materiałów zabezpieczających
Wysoka czułość i stabilne parametry wyjściowe umożliwiają wiarygodne pomiary nawet w przypadku zmian masy small, co jest szczególnie ważne w przypadku materiałów związanych z energią jądrową i oceną bezpieczeństwa.
STA
STA łączy analizę termograwimetryczną z DSC w jednym eksperymencie, umożliwiając jednoczesny pomiar zmian masy i efektów termicznych.
W zastosowaniach jądrowych STA jest szeroko stosowana do charakteryzacji
- paliw jądrowych i prekursorów paliwowych
- materiałów okładzinowych i strukturalnych
- ceramiki, tlenków i grafitu
- zaawansowanych materiałów dla reaktorów i systemów zarządzania odpadami
STA dostarcza istotnych informacji na temat stabilności termicznej, zachowania podczas rozkładu, reakcji utleniania i redukcji, wspierając kwalifikację materiałów w całym jądrowym cyklu paliwowym. Pomiary mogą być wykonywane w kontrolowanych atmosferach, w tym w gazach obojętnych i reaktywnych, umożliwiając symulację środowisk istotnych dla danego zastosowania.
EGA
W połączeniu z EGA, na przykład za pomocą FT-IR lub spektrometrii masowej, STA staje się potężnym narzędziem do identyfikacji i kwantyfikacji gazów uwalnianych podczas ogrzewania. Jest to niezbędne do
- analizy produktów rozkładu,
- monitorowania reakcji korozji i utleniania,
- oceny zachowania paliwa i odpadów,
- wspierania badań bezpieczeństwa i hermetyzacji.
NETZSCH rozwiązania sprzęgające umożliwiają jednoczesny pomiar zmiany masy i składu gazu, zapewniając głębsze zrozumienie procesów termicznych istotnych dla środowisk jądrowych.
Ciepło właściwe i energetyka przejścia
Zdolność materiału do magazynowania energii jest częściowo regulowana przez jego ciepło właściwe (ciepło jawne). Ciepło to składa się z elementów sieciowych, elektronicznych i defektów, w zależności od materiału. Właściwość ta jest wymagana przy projektowaniu każdego przejściowego procesu wymiany ciepła. Jest ono również wykorzystywane do ilościowego określania utleniania/redukcji powierzchni i stosunku O/M (defektów) paliw podczas przetwarzania. W niektórych przypadkach ciepło właściwe może być wykorzystywane jako wskaźnik stopnia uszkodzenia w badaniu po napromieniowaniu (PIE), np. zmagazynowanej energii. Jest ono również wymagane do obliczania przewodności cieplnej na podstawie danych dotyczących dyfuzyjności cieplnej.
Energetyka przejścia (ciepło utajone) jest wymagana do scharakteryzowania przejść ciało stałe-ciało stałe, topnienia/zestalania i rozkładu. Zarówno ciepło właściwe, jak i energia przejścia są najdokładniej i najskuteczniej mierzone za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC).
Ciepło właściwe może być również mierzone przy użyciu techniki błysku laserowego, aczkolwiek z mniejszą dokładnością i tylko przy zmniejszonej liczbie punktów danych. (W przypadku DSC standardem jest generowanie quasi-ciągłego zestawu danych ciepła właściwego zależnego od temperatury) Przy wymaganym doświadczeniu, DSC można łatwo dostosować do pracy na gorąco.
Ciepło właściwe zależne od temperatury (Cp)
Stechiometryczny UO2 podąża za klasycznym trendem ciepła właściwego zależnego od temperatury, podczas gdy dla UO2.04 i UO2.084 wykazuje szczyt EndotermicznyPrzemiana próbki lub reakcja jest endotermiczna, jeśli do konwersji potrzebne jest ciepło.endotermiczny między około 600 a 950K. Wynika to z energii wymaganej do rozpuszczenia fazy U4O9. Należy zauważyć, że obszar piku dla UO2.08 4 jest większy niż dla UO2. 04 ze względu na większą ilość fazy U4O9.
Zmiana masy i wyemitowane gazy
Zależna od temperatury zmiana masy w połączeniu z analizą wydzielonego gazu dostarcza cennych informacji, które pomagają określić ilościowo stosunek O/M, odgazowanie podczas przetwarzania paliwa, korozję, redukcję, lotne produkty rozszczepienia/aktynowce podczas witryfikacji, zanieczyszczenia pozostałe z procesu separacji itp. Analizatory termograwimetryczne (TGA) lub jednoczesne instrumenty TGA-DSC (STA), sprzężone z kwadrupolowym spektrometrem mas (QMS) bezpośrednio lub za pomocą podgrzewanej linii transferowej, lub TGA lub STA, sprzężone z FT-IR za pomocą podgrzewanej linii transferowej, są szeroko stosowane do tego typu analiz. Podobnie jak w przypadku innych wcześniej omówionych technik, instrumenty te można łatwo zmodyfikować do pracy w wysokiej temperaturze.
Temperatury Solidus i Liquidus
Temperatura ciała stałego i ciekłego, a także dane dotyczące temperatury topnienia są niezbędne do ustalenia bezpiecznych warunków pracy reaktora i modelowania scenariuszy wypadków, takich jak utrata chłodziwa. Na temperatury te duży wpływ mają zanieczyszczenia, uszkodzenia radiacyjne, stosunek O/M, wypalenie i oczywiście skład.
Co zaskakujące, temperatury solidus/liquidus są bardzo trudne do dokładnego pomiaru. DSC jest techniką najczęściej stosowaną do tych pomiarów, ale należy zachować ostrożność, aby uniknąć przechłodzenia podczas krzepnięcia (szczególnie krytycznego dla stopów metali). Należy dokładnie rozważyć stałe czasowe próbki i szybkość narastania temperatury. Temperatury solidus/liquidus większości stopów metali mogą być również mierzone techniką błysku laserowego (poprzez dane przewodności cieplnej/dyfuzyjności cieplnej), a dylatometria może być stosowana zarówno dla przewodników, jak i izolatorów. W przypadku materiałów, które topią się w bardzo wysokich temperaturach, czasami stosuje się zatrzymanie termiczne przy użyciu pirometrów optycznych do pomiaru temperatury. Biorąc wszystko pod uwagę, DSC jest najbardziej wszechstronną i dokładną metodą.
Stosunek O/M
Ten rysunek przedstawia stosunek O/M podczas ogrzewania. Wartości te zostały obliczone na podstawie danych TGA zmierzonych przy różnych ciśnieniach cząstkowych tlenu (PO2). Podczas ogrzewania, O/M zaczyna spadać przy ≈1000°C i istnieją wyraźnie różne szybkości redukcji wynikające ze zmiennego PO2 w próbce.
Bezpieczeństwo jądrowe, wydajność i badania materiałowe
NETZSCH Analyzing & Testing dostarcza sprawdzone rozwiązania w zakresie analizy termicznej, które wspierają badania jądrowe, rozwój paliw, ocenę bezpieczeństwa i kwalifikację materiałów. Nasze urządzenia są wykorzystywane na całym świecie w instytutach badawczych, przemyśle i laboratoriach rządowych do badania zachowania termicznego, stabilności i właściwości termofizycznych materiałów jądrowych w kontrolowanych i powtarzalnych warunkach.
Pliki do pobrania i multimedia
Broszury
Powiązane urządzenia
Literatura dotycząca zastosowań
Doradztwo i sprzedaż
Czy masz dodatkowe pytania dotyczące urządzenia, metody i chciałbyś porozmawiać z przedstawicielem handlowym?
Serwis i wsparcie
Posiadasz już urządzenie i potrzebujesz wsparcia technicznego lub części zamiennych?