STA, TGA și EGA în domeniul nuclear

Căldura specifică și energia de tranziție

Capacitatea unui material de a stoca energie este parțial determinată de căldura sa specifică (căldură sensibilă). Aceasta este formată din componente de rețea, electronice și de defect, în funcție de material. Această proprietate este necesară pentru proiectarea oricărui proces de transfer tranzitoriu de căldură. De asemenea, este utilizată pentru a cuantifica oxidarea/reducerea suprafeței și raportul O/M (defecte) al combustibililor în timpul prelucrării. În unele cazuri, căldura specifică poate fi utilizată ca indicator al gradului de deteriorare la examinarea post-iradiere (PIE), de exemplu, energia stocată. De asemenea, este necesară pentru calcularea conductivității termice din datele privind difuzivitatea termică.

Energia de tranziție (căldura latentă) este necesară pentru a caracteriza tranzițiile solid-solid, topirea/solidificarea și descompunerea. Atât căldura specifică, cât și energia de tranziție sunt măsurate cel mai precis și eficient prin calorimetrie diferențială cu baleiaj (DSC).

Căldura specifică poate fi măsurată și cu ajutorul tehnicii laser flash, deși cu o precizie redusă și numai cu un număr redus de puncte de date. (Cu DSC, generarea unui set cvasi-continuu de date privind căldura specifică în funcție de temperatură este standard) Cu expertiza necesară, DSC-urile pot fi ușor adaptate pentru lucrul la cald.

Schimbarea masei și gazele în evoluție

Modificarea masei în funcție de temperatură, cuplată cu analiza gazelor evoluate, furnizează informații valoroase pentru a ajuta la cuantificarea raportului O/M, a emisiilor de gaze în timpul prelucrării combustibilului, a coroziunii, a reducerii, a produselor volatile de fisiune/actinidelor în timpul vitrificării, a impurităților rămase în urma procesului de separare etc. Analizoarele termogravimetrice (TGA) sau instrumentele simultane TGA-DSC (STA), cuplate la un spectrometru de masă cu patru poli (QMS) fie direct, fie printr-o linie de transfer încălzită, sau un TGA sau STA, cuplat la un FT-IR printr-o linie de transfer încălzită, sunt utilizate pe scară largă pentru aceste tipuri de analiză. Ca și în cazul celorlalte tehnici discutate anterior, aceste instrumente pot fi ușor modificate pentru lucrul la cald.

Temperaturile Solidus și Liquidus

Temperaturile solidului și lichidului, precum și datele privind temperatura de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire sunt necesare pentru a stabili condițiile sigure de funcționare a reactorului și pentru a modela scenariile de accident, cum ar fi pierderile de agent de răcire. Aceste temperaturi sunt afectate în mare măsură de impurități, deteriorarea cauzată de radiații, raportul O/M, arderea și, desigur, compoziția.

În mod surprinzător, temperaturile solidus/lichidus sunt extrem de dificil de măsurat cu exactitate. DSC este tehnica cea mai des utilizată pentru aceste măsurători, dar trebuie avut grijă să se evite răcirea insuficientă în timpul solidificării (lucru deosebit de important pentru aliajele metalice). Constantele de timp ale probei și ratele de creștere a temperaturii trebuie luate în considerare cu atenție. Temperaturile solidus/lichidus ale majorității aliajelor metalice pot fi, de asemenea, măsurate prin tehnica laser flash (prin intermediul datelor de conductivitate termică/difuzivitate termică), iar dilatometria poate fi utilizată pentru conductori și izolatori deopotrivă. Pentru materialele care se topesc la temperaturi foarte ridicate, se utilizează uneori arestul termic folosind pirometre optice pentru măsurarea temperaturii. Luând în considerare toate aspectele, DSC este cea mai versatilă și precisă metodă.