الليزر-تدفئة والتألق قياس الطيف الكتلي لدراسة المواد النووية في ظروف محاكاة حادث محطة الطاقة نووية

الهدف العام من هذا الإجراء هو محاكاة المراحل الأولى من حادث الانهيار الأساسي في محطة طاقة نووية على نطاق مختبري ، مما يتيح دراسة سلوك الذوبان المتضمن تكوين الكوريوم. يساعد هذا النهج التجريبي في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في أبحاث حوادث محطات الطاقة النووية. على سبيل المثال ، يمكن للمرء تحديد درجات الحرارة التي ، اعتمادا على الغلاف الجوي ، يمكن أن تؤدي إلى فشل الاستقرار الميكانيكي الحراري للنواة.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها يتم إجراؤها عن بعد ، مما يسمح باستخدام المواد المشعة الحقيقية في التجربة. على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة لسلوك انصهار المواد الأساسية للمفاعل ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على السيراميك الحراري الآخر ، والسبائك الفائقة ذات درجة الحرارة العالية ، والطلاءات الفضائية. هذه طريقة فريدة لدراسة المواد في درجات حرارة عالية للغاية لأوقات قصيرة.

لذلك فهو مفيد جدا من أجل إنشاء حالات مرجعية للتوازن الديناميكي الحراري للسلوك المادي المرصود. أولا ، قم بمعايرة مقياس الحرارة السريع ثنائي القناة ومقياس الطيف الحراري باستخدام المصابيح القياسية المرجعية. تحديد ثوابت المعايرة.

في صندوق قفازات محمي بنوافذ ذات جودة بصرية ، قم بتركيب العينة في حامل به غراء زركونيا عالي الحرارة أو براغي الجرافيت أو الموليبدينوم أو التنغستن. ضع العينة في الحامل أفقيا في مفاعل الأوتوكلاف الذي يتم التحكم فيه مع نوافذ ذات جودة بصرية. قم بتأمين الأوتوكلاف على لوحة بصرية في صندوق القفازات.

قم بتركيب شاشة جرافيت ممتصة لليزر خلف الأوتوكلاف. لضمان تجانس درجة الحرارة ، حدد عدسات وحدة التركيز لإنتاج بقعة ليزر أكبر ب 10 مرات على الأقل من بقعة رؤية مقياس الحرارة. بعد ذلك ، قم بإقران وحدة التركيز بنظام ألياف ضوئية ليزر عالي الطاقة ، مع الحرص على عدم التواء خطوط الألياف الضوئية.

قم بتشغيل الليزر التجريبي الأحمر منخفض الطاقة ، وقم بمحاذاة الشعاع بحيث تتمركز البقعة على العينة في الأوتوكلاف. ثم قم بتشغيل ليزر أيون الأرجون. قم بمحاذاة الليزر بحيث تكون البقعة الزرقاء في وسط بقعة الليزر التجريبية الحمراء على العينة.

يتم تثبيت مقياس الحرارة ثنائي القناة ومقياس الطيف على الطاولة البصرية بما يتماشى مع العينة. تأكد من أن الأهداف تركز بشكل صحيح على العينة. بعد ذلك ، قم بتسليط مصدر ضوء مقترن بالألياف في عدسة مقياس الحرارة ثنائي القناة ، وتحقق من إسقاط بقعة رؤية محددة بشكل حاد على سطح العينة.

اضبط مقياس الحرارة بحيث تتمركز بقعة الرؤية داخل بقع الليزر الحمراء والزرقاء. قم بمحاذاة مقياس الطيف الحراري باستخدام نفس التقنية. بعد ذلك ، تحقق من وجود انعكاسات طفيلية لليزر التجريبي الأحمر من سطح العينة وصندوق القفازات ونوافذ الأوتوكلاف.

ضع شاشات الجرافيت أينما تحدث انعكاسات الطفيليات. بعد ذلك ، قم بإخلاء الأوتوكلاف ، وأعد تعبئته بجو التفاعل خمس مرات. ثم املأ الأوتوكلاف بجو التفاعل للضغط المطلوب.

انتظر حتى تستقر إمكانات الأكسجين قبل متابعة التجربة. قم بتوصيل كل من مقاييس الحرارة ومقياس الجهد بالليزر عالي الطاقة براسم الذبذبات الذي يعمل كمحول تناظري / رقمي. قم بتوصيل راسم الذبذبات بجهاز كمبيوتر.

في برنامج راسم الذبذبات، قم بتعيين المعلمات في مشغلات الحصول على البيانات. املأ ثوابت معايرة مقياس الحرارة ومقياس الطيف الحراري. في برنامج الليزر عالي الطاقة ، قم بإنشاء برنامج تسخين جديد.

إذا كانت نقطة انصهار العينة أعلى من 2 ، 500 كلفن ، فابدأ البرنامج بمرحلة التسخين المسبق إلى مستوى طاقة مناسب. بعد ذلك ، حدد دورات من ثلاث إلى أربع طلقات ليزر سريعة لتسخين العينة فوق درجة حرارة انصهارها. يجب أن تظل العينة فوق درجة حرارة الغرفة أثناء الدورة.

قم بإنشاء دورات إضافية بكثافة ومدة نبضة الليزر المتفاوتة. بعد ذلك ، من غرفة تحكم محمية بشكل مناسب ، اختبر برنامج التسخين بالليزر ومشغلات الحصول على البيانات عن طريق التصوير على ممتص الجرافيت المبرد بالماء. تأكد من أن نظام التشغيل يعمل بشكل صحيح وأن البيانات قد تم الحصول عليها.

بمجرد أن يصبح النظام جاهزا ، قم بإزالة درع الجرافيت عن طريق تغيير مسار الليزر من ممتص إلى عينة. قم بإلغاء تنشيط الليزر التجريبي الأحمر ، وتنشيط الليزر عالي الطاقة. ابدأ برنامج التدفئة.

بعد مرحلة التسخين المسبق في دورة التسخين / التبريد ، أوقف البرنامج مؤقتا وتحقق من مظهر العينة. تحقق من أن مخططات الحرارة التجريبية تشير إلى ذوبان العينة وتصلبها بنجاح. إذا كانت العينة سليمة ، فقم بإجراء عدة دورات تسخين / تبريد أخرى ، وفحص العينة بعد كل دورة.

استمر في هذه العملية حتى تذوب العينة أو تنكسر. عند انتهاء التجربة ، قم بإيقاف تشغيل الليزر عالي الطاقة ، وتنفيس الأوتوكلاف ، واتركه يستقر عند الضغط الجوي. انقل أجزاء العينة والعينة من الأوتوكلاف إلى حاوية محمية للتوصيف لاحقا.

استخدم مناديل الإيثانول والمختبرات لتنظيف الأوتوكلاف من الداخل والنوافذ. تم تقييم سلوك ذوبان وتصلب ثاني أكسيد اليورانيوم في الأجواء ذات المحتوى المتزايد من الأكسجين. أظهرت مخططات الحرارة ذات درجة الحرارة الحقيقية أن زيادة مستويات أكسدة ثاني أكسيد اليورانيوم أدت إلى انخفاض نقطة التصلب في الانصهار بما يصل إلى 700 كلفن.

أعيد تقييم درجة حرارة انصهار / تجميد ثاني أكسيد البلوتونيوم وتبين أنها أعلى بأكثر من 300 كلفن مما تم الإبلاغ عنه سابقا. ويعزى ذلك إلى طريقة التسخين عن بعد التي تتجنب التفاعلات ذات درجات الحرارة المرتفعة ، بين العينة والحاوية الخاصة بها ، والتي من شأنها أن تؤثر على عمليات التسخين التقليدية. تمت دراسة عينات ثاني أكسيد اليورانيوم وثاني أكسيد الزركونيوم المختلطة في كل من الأرجون والهواء المضغوط.

في الغلاف الجوي للأرجون ، ظلت درجات حرارة ذوبان العينة وتصلبها كما هي تقريبا في دورات التسخين والتبريد المتتالية. في الهواء المضغوط ، انخفضت درجات حرارة الانصهار والتصلب على مدار دورات متتالية ، مما يشير إلى أكسدة العينة. وأشار تحليل الانبعاثية الطيفية العادية لثنائي كربيد اليورانيوم الغني بالكربون إلى أن السطح قد تم تخصيبه بسرعة بالكربون المفصل أثناء التبريد، لكن الكربون المنزوع قد هاجر بالكامل تقريبا بعيدا عن سطح العينة عند درجة حرارة انتقال طور ألفا بيتا.

بمجرد إنشاء الظروف التجريبية المثلى لنوع معين من المواد ، يمكن إجراء عدة دورات حرارية على عينات مختلفة. هذه كمية كبيرة من نقاط البيانات التجريبية ، وهي مفيدة للتحليل الإحصائي. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم تحسين المعلمات التجريبية ، مثل الغلاف الجوي داخل السفينة وقوة الليزر من خلال طريقة التجربة والخطأ لكل مادة تم فحصها.

يمكن إجراء تقنيات أخرى باتباع هذا الإجراء ، مثل التصوير الحراري ، لقياس التوزيع الفعلي لدرجة الحرارة عند حواف العينة ، أو مثل قياس الطيف فوق البنفسجي ، لتحديد سلوك الانبعاث الطيفي في درجات الحرارة العالية. لا تنس أن العمل باستخدام أجهزة الليزر عالية الطاقة ينطوي على مخاطر تحتاج إلى تقييمها من قبل محترفين مدربين. يجب دائما اتخاذ الاحتياطات مثل ارتداء نظارات السلامة واستخدام التدريع بالليزر المناسب أثناء تنفيذ هذا الإجراء.

على الرغم من وجود نهج آخر لدراسة المعلومات الأساسية ، إلا أن هذا النهج فقط يسمح بالتحقيق في المواد التي تحتوي على البلوتونيوم وعناصر أخرى عبر اليورانيوم. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك بعض الفهم لكيفية دراسة ومحاكاة المرء على نطاق المختبر ، ولكن على المواد النووية الحقيقية ، تكوين الكوريوم في حادث انهيار قلب محطة الطاقة النووية. اعلم أن المواد اللازمة لقيادة هذا العمل البحثي شديدة الإشعاع.

وينبغي الاضطلاع بهذا النوع من الأنشطة دائما وفقا لقوانين الحماية الإشعاعية المحلية وتحت إشراف الموظفين المأذون لهم.