Name: レーザー加熱と原子力発電所事故を模擬した条件における核物質に関する研究の輝き分析 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-12-14T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
Description: 学ぶレーザー加熱法による原子炉材料の融解挙動シミュレーション。遠隔操作で放射性物質を安全に扱い、コリウム形成過程の熱力学的平衡状態を解明する。核安全と材料安定性の理解に貢献する。

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著者は、その制度的な研究プログラムの下で本研究を資金調達のため欧州委員会にお世話になった。さらに、本研究の一部は、EC 6回を通じて資金だった F 橋プロジェクトと 7th FP 優しくて安全な下のプロジェクトの下のフレームワーク プログラム。

<ol><li>Council Directive 2009/71/Euratom of 25 June 2009 establishing a Community framework for the nuclear safety of nuclear installations. , Available from: 
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</ol>

著者が明らかに何もありません。

ここで示したレーザ加熱放射分光法は、耐火材15, 16の非常に高温で融解現象の調査のための革新的で効果的な方法として認識されます。ここで示した結果の例で示すように、そのリモートとほぼコンテナー以下の性質のおかげでそれは放射性核物質の実験的研究と、Npp のコアのメルトダウン事故のシミュレーションに特に適しています。
評価実験データは、現在のメソッドで取得、1 つは間違いない、相転移実験ポイントが正しく割り当てについて注意深いべきです。実際には、非常に高温で材料の速度は非常に高速にすることができます、非合同気化、偏析、化合物の解離など、いくつかのコントロール困難な現象が発生します。(誘導炉) のようなより伝統的な加熱方法との比較を示して、このような現象の発生の可能性は高速加熱・冷却現在のような技術の使用を正当化します。その一方で、現在の加熱条件下で熱力学の平衡条件の効果的な安定について疑問が生じることがあります。手順」で説明したように、熱サイクルの高速レーザ加熱部分の間にそのような条件を保証できません。しかし、熱力学の平衡条件は確かに冷却の段階で生産されています。この文の現在の実験をシミュレートするコンピュータ コードの助けを借りて検証し、平衡に近い質量と局所位相遷移11存在下で熱拡散に基づきます。それにもかかわらず、条件チェックすべきクロス-実験的に、通常よく評価測定による熱力学的平衡相遷移温度参照として取ることができる化合物です。これは W、Mo (1990年17,18,19の国際温度目盛の二次基準温度として推奨)、UO2の融解・凝固点と現在の仕事で実現しました。ZrC C 共9。このような参照点を測定も精度と解析方法の不確実性を評価するために必要です。
与えられた極端な条件とレーザー加熱実験における現象、正確な不確かさ解析は生成データのユーザビリティの重要です。測定に成功キャンペーンの現在のフェーズ遷移の温度データに影響を与える累積的な不確実性は 2 標準偏差カバレッジ率 (95% の信頼度で、絶対温度の ± 1% になるべきであります。このような不確実性のバンドは、たとえば、非合同気化が変更実際のサンプル組成制御できない方法で、実験中に複雑な材料の大きいことができます。このような不確実性は、校正手順、NSE 測定、サンプルの安定性 (すなわち、再現性の実験的相転移温度の連続レーザー ショット以上) などによるエラー アカウントに入れなければなりません。融点/凝固点の:puo2の不確実性分析の例は、表 1 で報告されます。様々 な不確実性の貢献は、独立とエラー伝搬法3に従って考えることが。
<img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/54807/54807table1.jpg"> 
表 1:融点/凝固点の:puo2の不確実性分析の例 (参照13). 意味と c2の値は、式 1 のコメントで概要のセクションで報告されます。Δελをここでελの灰色ボディ仮定内実験的放射輝度スペクトルを適合させて得られる平均実験値の周りの 2 つの標準偏差のために立っています。Δ Tcとδ Tdは、それぞれ平均標準ランプ推定温度曲線と平均実験的凝固温度値の周りの 2 つの標準偏差を表します。
いくつかの改善は、現在実験的に可能です。特に、複雑な配管系の質量分析計による圧力容器を接続できるようになります検出、少なくとも質的に、ホット マテリアルによって解放蒸気プルームの種の。また、熱カメラの実装は可能な不均一性と分離効果を検出するためにホット サンプル表面上二次元温度分布研究の予見は。最後に、現在の機器を中心に構築安全システムの改善が予想されています。実際には、ここで使用される現在のプレキシ ガラスのグローブ ボックスは、ウランなど α 放射を効果的にブロックするという事実のおかげで、超ウラン元素の高い放射性物質の研究に適しています。しかし、このシールドは実際照射済核燃料に含まれる核種のような強い γ 排出者の調査のために十分安全ではありません。実際 Npp から使用済み核燃料の研究リード壁セルを含む新しい施設が見込まれます。

核分裂が大規模な実質的に無尽蔵のエネルギー源として広く存在するがいくつかの安全性、セキュリティ、および保護のリスクによってまだ完全公開の受け入れは停止します。実験的アプローチを提示でこの作業の目的はこれらのリスクのいずれか (NPP) 原子力発電所で炉心溶融につながる重大な事故 (SAs) の発生に関するいくつかの基礎材料科学の質問に答える。これは深刻な影響は、人々 の健康と国の経済の両方の環境での高レベル放射性物質の放出の可能性につながります。このタイプの主要な SAs は、チェルノブイリ (1986 旧ソ連) ・福島 (日本 2011 年) スリーマイル島 (アメリカ、1979)、Npp に 3 回発生しています。したがって、原子力発電所 SAs は、いくつかの機能のかなりの研究の焦点は、包括的な世界の多くの挑戦的な現象、および (多くの場合 3,000 K を超える) 非常に高温と放射性物質の存在によって複雑に。
このシナリオでは、欧州理事会1最近の指令 eu 原子力安全に原子力発電のライフ サイクルのすべての段階で最高の優先順位を与えることが必要です。これは新しい原子力発電所の建設前に安全性評価を実施し、古い炉のための重要な安全機能強化も含まれています。
このコンテキストで制御雰囲気、レーザー加熱、高速輝度分光高温測定施設2,3,4は、欧州委員会で実装されている共同研究センター研究所超ウラン元素研究所のシミュレーションのため、小さな規模で原子力発電所炉心溶融。プルトニウムとマイナーを含む限られたサンプルのサイズ (一般的に、cm ・ 0.1 g-スケール) と高効率とリモート レーザー加熱、このアプローチ許可高速および真核物質の効果的な高温測定の特性のためアクチニドを含む核分裂燃料サンプル。この点で、その能力を大量の極端な条件下での材料に関するデータを生成、現在の実験方法一意であると世界中に認識されています。実際には、誘導加熱に基づく他の補完的な調査の技術は、急速な高温サンプル素材と封じ込め5相互に苦しむことに示されています。さらに、このようなテクニックを許可する主解析のための材料の大きい量を必要とする場合、彼らは高放射能とサンプルの限られた供給のための本物の核材料の調査の現在の方法よりもあまり適しています。
(図 1 で図式) 現在実験で α シールド グローブのボックスに含まれている制御雰囲気オートクレーブにマウントされている、サンプルを 4.5 kW CW Nd:YAG レーザーによる加熱します。
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig1.jpg"> 
図 1:レーザー加熱と輝き分光高温測定の実験の設定です。 サンプルし制御された雰囲気下で気密容器内黒鉛 (タングステンやモリブデン) ネジで固定します。たとえば、グラファイト ネジで固定:puo2ディスク、左下隅で報告された図が示しています。放射性サンプルの場合は、船はアルファ タイト グローブ ボックス内マウントする必要があります。サンプルは 1,064 で 4.5 kW Nd:YAG レーザーによって加熱される nm。2 チャネル高速温度計は、サンプル温度と低消費電力+ Ar レーザーからの反射信号を記録するために使用されます。その場でホット サンプルの光学的性質の解析遅くマルチ チャネル分光-pyromenter を採用します。<a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
放射温度計測定、サンプル輝き Lex。これは、与えられた温度6サンプルによって放出される立体角、波長単位の表面ごと電磁放射電力密度です。それは修正プランク関数を介して試料表面温度 T にリンクされます。

<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/54807/54807equation1.jpg">
分光放射率、 c1 Lλが放射電力は、 ελには = 2·h·c0 2は最初の放射定数、 c2 = h·c0/kB = 14,388 µm·K は 2 番目の放射定数、 c0は真空の光速、 hはプランク定数、およびkBボルツマンの定数。分光放射率は本当の体を放射するという事実を考慮に、特定波長で温度と同じ温度での理想的な黒体の放射力の等しい一部分だけです。したがって、0 と 1 に対応する、プランクの法則のための理想的な黒体ケースが派生したと 1 の間の値を取ります。以来、現在の仕事で温度計が試料表面に対して普通に近い設定常にελの角度依存性はないと考えられていたと「放射率」が常に通常の分光放射率 (NSE) を参照していますください。NSE は 1 と Lex絶対温度 t. に、温度計の校正手順の方程式を変換するために決定する必要があります。
試料温度検出を標準ランプに対して校正する高速温度計を用いた λ で 2,500 K まで = 655 nm と。515 間動作追加 256 チャネルの輝度分光温度計 nm、980 nm がサンプルの NSE (ελ) の研究のために雇われました。NSE の定量は、方程式 12,の3 Tとελ 2 つだけ自由なパラメタをされている熱発光スペクトルの非線形フィットを完了することによって可能です。このアプローチは、耐火材7原子力発電所に NSE が想定される通常存在するもののように許容できる正確に実証されている広いスペクトル範囲の波長に依存しない (灰色体仮説)。レーザー加熱サンプルの温度は時間の関数として正しくが、一度熱分析は結果の温度-時間曲線 (サーモグラム) で実行できます。抑揚や熱の逮捕、サーモグラムで相転移 (固相、液相、および等温相変換) に関連する情報を与えます。また、NSE を決定するために必要なことに加え、放射輝度 Lexホット サンプルによって放出されるの直接分光分析も勉強面のいくつかの光学特性の場観察研究を許可します。これは、相転移、凝縮した材料とガス相分離効果の化学反応などの高温現象を識別するための別の支援ツールを構成します。呼ばれる付加的な技術は、光信号 (RLS) 分析2, 3相転移を確認するために使用を反映されます。低消費電力 (1 W) に調整された温度計の 2 番目のチャネルを使用して行われている Ar+レーザー (λ = 488 nm)。このチャネルは、Ar+共振器から発生したレーザー光を検出し、サンプルの表面によって反映されます。一定の RLS 信号は固体表面を示し、液体試料表面の表面張力振動による溶融後ランダム振動が表示されます。
一般に、水冷炉固体燃料要素を使用して、現在、原子力発電所の最も一般的な種類所有している放射能8の封じ込めを確保するため 4 つの連続した障壁。最初の障壁は固体の核分裂生成物、揮発性のものの一部、その結晶構造とマイクロ マクロ気孔率のおかげで、燃料ペレット自体が保持できます。一般に、全体の燃料要素は、2 番目の保護段階として動作 (ジルカロイ製) 金属クラッドに配置されます。クラッドの障害発生時、3 つ目のバリアは一般的に数 cm の厚さ (プライマリ システム) は、鋼の壁により拘束された全体の原子力発電所内槽です。最後に、原子格納容器 (厚さ m コンクリート) の建物は環境へのリリースの前に最後の安全バリアです。
水冷却システムの障害発生時、原子力発電所 SA 起こることができる、過熱とメルトダウンに 。核分裂による熱のため当初は過熱です。ただし、冷却を行わない場合、過熱することができますも長い終了後も継続、核分裂生成物の核瓦礫に含まれている他の高レベル放射性種残留崩壊熱により核の連鎖反応の。一般的には、低融点化合物 (おそらく共) が燃料とクラッドの界面に形成される限り、溶けては燃料要素の中心部から開始されます。本研究の第一の目的は、かどうか実際燃料被覆システムでは、このような低融点化合物が形成され、この場合、結果の融解温度うつ病だろうを確立するので構成されます。この質問に答えるために純粋で混合燃料化合物の溶融挙動まず評価されるべき健全、したがって現在のアプローチのさらにもっと重要な目標を構成します。燃料とクラッドを一緒に溶かす、液体の質量が急速に主な容器の底に落ちるし、あれば鋼の壁と残りの水と蒸気の反応を起動します。この段階で鋼はまた燃料/クラッドとともに溶融するホット混合物。その結果、溶岩のような液体は、「真皮」と呼ばれます。このホット、高レベル放射性混合物は一次格納容器外拡散が鋼の壁を溶かし、最も外部の障壁を構成するコンクリートとも反応してしまいます。高熱と真皮内で現在の種の高反応性は水解離して水素の生産につながることができます。重い酸化または真皮 (少ない) 水和反応 (参考:スリーマイル島と福島で SAs)、蒸気と水素爆発の追加リスクがあります質量と原子力発電所構造材料。現在の実験方法は、分離とイベントの上記のシーケンスに関連する多くの複雑な物理化学的メカニズムのいくつかの実験的解析を許可します。ほかに述べられた純粋なコンポーネントの解析と燃料被覆管相互作用、いくつか高温間の相互作用など、簡略化されたシステムのメカニズムを調べることができます Pu を含む燃料と燃料とコンクリート、鋼を溶融等します。真皮層を異なる雰囲気 (不活性ガス、空気、水素または蒸気の痕跡) の存在下で学ぶことができる可能性のある SAs の包括的な理解のための重要な参照データを生成します。
現在のアプローチは、高融点の材料の実験室調査のために特に適しては、に基づいて、たとえば、ウラン炭化物や窒化物) 核燃料の他より革新的な種類の解析に成功、採用されているとジルコニウム9タンタル、ハフニウムの炭化物、金属合金、酸化カルシウム10など他の耐火物。

<table><tbody><tr><td>2チャンネル高速パイロメーター</td><td>私設</td><td></td><td>高速パイロメーター。650nmおよび488nmのフォトダイオード検出器で、集束対物レンズと高速対数増幅器で組み立てられています。</td></tr><tr><td>レーザーTRUMPF HLD4506、TRUMPF、&nbsp;</td><td>TRUMPF シュラムベルク、ドイツ</td><td>HLD4506</td><td>加熱剤</td></tr><tr><td>CDI 分光計</td><td>CDI</td><td>光学分光器カード、256チャンネル</td><td>多波長分光パイロメーターアレイ</td></tr><tr><td>Ar+ レーザー</td><td>イオンレーザー 技術</td><td>5500A-00</td><td>0.75 W RLS レーザー</td></tr><tr><td>オシロスコープ NICOLET</td><td>NICOLET、ウィスコンシン州マディソン、USA</td><td>Pro 44C トランジェントデジタイザー</td><td>ADコンバーター、データ収集システム</td></tr><tr><td>SETNAG 酸素分析器</td><td>SETNAG、マルセイユ、フランス</td><td>JC24V-M</td><td>オートクレーブでの酸素分析用ZrO2電気化学セル</td></tr><tr><td>黒体源</td><td>POLYTECH CI ワルドブロン、ドイツ</td><td>分光</td><td>高温計校正用のカスタマイズされた黒体源</td></tr><tr><td>標準校正ランプ</td><td>ポラロン、ワトフォード、英国</td><td>P.224cおよびP213c</td><td>高温計校正用ランプ</td></tr></tbody></table>

レーザー加熱と原子力発電所事故を模擬した条件における核物質に関する研究の輝き分析

Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident

メジャーと深刻な事故で発生した 3 回原子力発電所 (Npp) スリーマイル島 (アメリカ、1979)、(旧ソ連、1986) チェルノブイリと福島 (日本 2011 年)。原因、動力学、これらの事故の結果の研究はいくつか研究所世界最後の三十年で行われてきました。このような研究活動の共通の目標は、: これらの種類両方既存および潜在的な新しい原子力発電所の事故の防止その最終的な結果の最小化最終的には、本当のリスクを完全に理解は Npp と接続します。原子力発電所炉心溶融、重度の最も一般的なタイプの小さな規模での実験室シミュレーション超ウラン元素のため、欧州委員会共同研究センターの研究所でレーザー加熱と高速輝度分光高温測定設備を使用します。冷却システムの故障の結果として原子炉で発生する事故 (SA)。このシミュレーション ツールは、プルトニウムなどマイナーなアクチニドを含む核分裂燃料サンプルの実際の核材料の迅速かつ効果的な高温測定を許可します。この点で、その能力を大量の極端な条件下での材料に関するデータを生成、現在の実験的アプローチは確かにユニーク。核燃料のいくつかの種類の溶融挙動の原子力発電所の現在と未来の概念の例の結果を提示: ウラン プルトニウム酸化物、炭化物、窒化物。高温の酸化物燃料の原子格納容器材料との相互作用の結果がまた簡潔に表示されます。

図 3 さまざまな酸化レベルを二酸化ウランにサーモグラム実際の温度が表示されます (UO2 + x 0 &lt; x &lt; 0.21)2。二酸化ウランは、現在 Npp の最も一般的な燃料の重要なコンポーネントです。通常、オフ-通常リアクター条件12酸素ハイパー化学量論の様々 なレベルにその酸化が発生します。現在のメソッドでことを示した、融解・凝固点の劇的な減少で UO2酸化させる可能性がある 700 k までこの場合、高温で高い非一致の蒸発を抑制するためにかなり高い不活性ガス圧 (10 MPa 時彼) の下で実施される実験しなければならなかった。
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig3.jpg"> 
図 3:サーモグラムは、( 2) 後レーザー加熱の化学量論的 hyperstoichiometric 二酸化ウラン サンプルで測定されます。 二重パルス レーザーの例のプロファイルは、グラフに表示されます。サーモグラムは UO2 + xの楽曲に対して記録されます。U O システムで明らかに融解・凍結温度と凝固動態進化サンプル構成に応じて、さまざまな機能と大きく異なる温度で凝固逮捕が発生します。<a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
温度計 (直線) と分光温度計サーモグラム (0.3 MPa で圧縮空気) 酸化性雰囲気下で加熱されたプルトニウム二酸化サンプル レーザーに関する記録を図 4 に示します。また、:puo2重要な核燃料コンポーネントです。同じ図に異なる温度で分光温度計 2 放射輝度スペクトルは曲線によって近似実験データと対応するTとελの値とともに、くぼみにも表示されます。本研究のおかげで:puo2融解凍結温度は 3,017 K ± 28 K, 300 K 以上より高いより伝統的な加熱方法によって示される以前に再評価されました。これらのメソッドには、確かにサンプルとコンテインメントでは、主にリモート加熱手法と解決されている問題豊富な高温の相互作用によって影響を受ける結果が得られました。
<img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig4.jpg"> 
図 4:サーモグラムは、融点を超えて加熱プルトニウム二酸化サンプル レーザーで測定されます。 メインのグラフ: 黒い実線と完全な黒の円高速温度計と多波長分光-温度計、それぞれ酸化雰囲気下での:puo2サンプルの記録サーモグラムを表します。白い円は、プランクの放射輝度法12の実験的輝度データを適合させて得られる分光放射率の値を表します。2 つのインセット例スペクトル記録 (黒丸) とそれぞれ灰色ボディ仮定内液と凍結:puo2、(赤実線) を装備しました。これらのプロットに輝きLλは、簡潔にするために最初放射定数c1に正規化されます。主なサーモグラムは、定数平均放射率は 0.83 を使用して得られました。<a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
図 5 は、UO2と異なる雰囲気で ZrO2の混合物に対してレーザー加熱パルスのシリーズを示しています。このテストは、原子力発電所の偶発的な温度遠足の場合生成される条件の代表です。アルゴンで実験を行った場合、融解・凝固点は以上の連続ショットも再現性のある温度で発生します。その一方で、レーザー加熱サイクルは、圧縮空気で実行されて場合、融解・凝固温度はレーザー ショット以上減少します。これは後者のケースでは、ことを示していますサンプルますますレーザー加熱治療中に酸化されます。また、混合 UO2- ZrO2酸化物の場合融点うつ病にハイパー化学量論の酸素条件で発生します。
<img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig5.jpg"> 
図 5:サーモグラムは、高圧のアルゴンガスと空気の混合 UO2- ZrO2サンプルを測定しました。 アルゴン (黒サーモグラム) で実験を行った場合、融解・凝固点は以上の連続ショットも再現性のある温度で発生します。一方、レーザー加熱サイクルが圧縮空気 (緑サーモグラム) で実行される場合、融解・凝固温度はレーザー ショット以上減少します。<a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
それ以上の例はかかわる二ウラン炭化物材料の別の種類です。これは、核燃料、高温での潜在的作業とメルトダウン事故のリスクが大幅に削減の代替概念の可能な材料として想定されています。現在アプローチ14初めての大過剰の炭素 (名目上 UC2.8) を含む新しい組成を調べた。この場合、UC2- C 共晶温度、27,37 K ± 20 K する確立は 2,050 K ± 20 k. で固定、立方晶-正方晶 (における α → β) 固体転移と共に輝き参照として使用されました。カーボン豊富な化合物の NSE は 650 で 0.7 までの増加を測定した nm、 ελ = 0.53値の共晶組成領域の限界で純粋なウランを二炭化物の設立されたに対し。この増加は過剰炭素の相照らして分析され、液相線温度 (3,220 ± 50 K の UC2.8) の決定に使用されます。また立方晶-正方晶遷移で培った高速固体の拡散による共晶ラメラの明らかな兆候が認められなかったの室温に冷却した後。表面 C/UC2 x共晶組成物続くことができる質的に、しかし一貫して、冷却過程で記録された輝度スペクトルの助けを借りて、図 6 に示すように、a と b。興味深いことに、現在の NSE の分析は、外部液体表面液体相における二ウラン炭化物のほぼ完全に立てられた、一方それを得た凍結時に demixed の炭素で豊かに急速に、示した。Demixed 炭素さらに冷却中に内側のバルクへ迅速に移行するように見えた。における α → β 転移におけるウラン二炭化物は再び外部面のほぼすべてをカバーしています。超高温材料挙動の詳細についてはこれらのすべては、炉心内の制御不能な温度上昇の場合化合物のこのタイプの分析に不可欠です。彼らは、彼らはほとんど他の実験技術を利用できることに対し輝度分光分析のみに基づいて推定しました。
<img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig6.jpg"> 
図 6:高圧アルゴン14UC2.8サンプルのサーモグラムと放射輝度スペクトルを測定しました。 UC2.8サンプル) サーモグラムの冷却ステージを記録しました。完全な円は、分光温度計によって記録された輝度スペクトルを時間ポイントを特定します。異なる温度での放射輝度スペクトル b) 4 つの例を記録しました。それらの 1 つは他の 3 つは、図 5 a に表示される熱の逮捕に対応しながら液体 UC2.8に記録されました。<a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

外装材、本物の核燃料、実験を現在我々 原子格納容器材料、レーザー分光放射輝度と熱分析によって彼らの行動を勉強している間、3,000 K を超える温度に加熱します。これらの実験は実験室規模で、原子炉炉心溶融の後溶岩相の形成をシミュレートします。

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and ...

この手順の全体的な目標は、原子力発電所の炉心溶融事故の初期段階を実験室規模でシミュレートし、コリウムの形成に関与する融解挙動の研究を可能にすることです。この実験的なアプローチは、原子力発電所事故研究における重要な疑問に答えるのに役立ちます。たとえば、大気によっては、コアの熱機械的安定性の破壊につながる可能性のある温度を決定できます。この技術の主な利点は、リモートで実行できるため、実験で実際の放射性物質を使用できることです。この方法は、リアクターコア材料の溶融挙動に関する洞察を提供しますが、他の耐火セラミックス、高温超合金、および航空宇宙コーティングにも適用できます。これは、超高温で短時間材料を研究するユニークな方法です。したがって、観察された材料の挙動の熱力学的平衡参照状態を確立するために非常に有用です。まず、参照標準ランプを使用して、高速2チャンネルパイロメーターと分光パイロメーターを校正します。キャリブレーション定数を決定します。光学品質の窓を備えたシールドグローブボックスに、高温ジルコニア接着剤またはグラファイト、モリブデン、またはタングステンネジを使用してサンプルをホルダーに取り付けます。サンプルをホルダーに水平に置き、光学品質の窓を備えた制御された雰囲気のオートクレーブ反応器に入れます。オートクレーブをグローブボックス内の光学基板に固定します。オートクレーブの後ろにレーザー吸収グラファイトスクリーンを取り付けます。温度の均一性を確保するには、集光ユニットレンズを選択して、パイロメーターの照準スポットの少なくとも10倍の大きさのレーザースポットを生成します。次に、フォーカシングユニットを高出力レーザー光ファイバーシステムに結合し、光ファイバーラインがねじれないように注意します。低出力の赤色パイロットレーザーをオンにし、スポットがオートクレーブ内のサンプルの中心に来るようにビームを位置合わせします。次に、アルゴンイオンレーザーをオンにします。サンプル上の赤いパイロットレーザースポットの中央に青いスポットがくるようにレーザーの位置を合わせます。2チャンネルのパイロメーターと分光パイロメーターは、サンプルに合わせて光学テーブルに取り付けられています。対物レンズがサンプルに正しく焦点を合わせていることを確認します。次に、ファイバー結合光源を2チャンネルパイロメーターの接眼レンズに照射し、鮮明に定義された照準スポットがサンプル表面に投影されていることを確認します。照準スポットが赤と青のレーザースポットの中央に来るようにパイロメーターを調整します。同じ手法を使用して分光高温計を位置合わせします。次に、サンプル表面、グローブボックス、およびオートクレーブの窓からの赤色パイロットレーザーの寄生虫反射を確認します。寄生虫の反射が発生する場所にグラファイトスクリーンを配置します。次に、オートクレーブを排気し、反応雰囲気を5回補充します。次に、オートクレーブに反応雰囲気を所望の圧力まで充填します。酸素ポテンシャルが安定するのを待ってから、実験を進めてください。パイロメータと高出力レーザーポテンショメータの両方を、アナログ/デジタルコンバータとして機能するオシロスコープに接続します。オシロスコープをコンピュータに接続します。オシロスコープ・ソフトウェアで、データ・アクイジション・トリガのパラメータを設定します。パイロメーターと分光パイロメーターの校正定数を記入します。高出力レーザーソフトウェアで、新しい加熱プログラムを作成します。サンプルの融点が2, 500ケルビンより高い場合は、予熱段階を適切な電力レベルにしてプログラムを開始します。次に、3〜4回の高速レーザーショットのサイクルを定義して、サンプルを融解温度よりはるかに高く加熱します。サンプルは、サイクル中、室温以上に保たれている必要があります。レーザーパルスの強度と持続時間を変化させて、追加のサイクルを作成します。次に、適切にシールドされた制御室から、水冷式グラファイトアブソーバーに撃ち込んで、レーザー加熱プログラムとデータ収集トリガーをテストします。トリガー システムが正しく動作し、データが集録されていることを確認します。システムの準備ができたら、レーザー経路を吸収体からサンプルに変更して、グラファイトシールドを取り外します。レッドパイロットレーザーを非アクティブにし、高出力レーザーをアクティブにします。暖房プログラムを開始します。加熱/冷却サイクルの予熱段階の後、プログラムを一時停止して、サンプルの外観を確認します。実験用サーモグラムがサンプルの融解と固化に成功したことを示していることを確認します。サンプルに損傷がない場合は、さらに数回の加熱/冷却サイクルを実行し、各サイクルの後にサンプルを確認します。サンプルが溶けるか壊れるまで、このプロセスを続けます。実験が終了したら、高出力レーザーをオフにし、オートクレーブをベントして、大気圧で安定させます。サンプルとサンプルフラグメントをオートクレーブからシールド容器に移し、後で特性評価を行います。エタノールと実験室用ワイプを使用して、オートクレーブの内部と窓を清掃します。二酸化ウランの融解および凝固挙動は、酸素含有量が増加した雰囲気で評価されました。実際の温度サーモグラムは、二酸化ウランの酸化レベルが増加すると、融解凝固点が最大700ケルビン減少することを示しました。二酸化プルトニウムの融解・凍結温度を再評価したところ、これまで報告されていた温度よりも300ケルビン以上高いことが判明した。これは、従来の加熱プロセスに影響を与えるサンプルとその容器との間の高温相互作用を回避するリモート加熱方法に起因していました。二酸化ウランと二酸化ジルコニウムの混合サンプルをアルゴンと圧縮空気の両方で研究しました。アルゴン雰囲気では、試料の融解温度と凝固温度は、連続する加熱サイクルと冷却サイクルでほぼ同じにとどまりました。圧縮空気では、融解温度と凝固温度が連続したサイクルで低下し、サンプルの酸化が示唆されています。炭素に富む二炭化ウランの通常のスペクトル放射率分析は、冷却中に表面が解混合炭素によって急速に濃縮されたことを示しましたが、解混合炭素はα-ベータ相転移温度でサンプル表面からほぼ完全に移動していました。特定の種類の材料に対して最適な実験条件が確立されると、異なるサンプルに対していくつかの熱サイクルを実行できます。これは大量の実験データポイントであり、統計分析に役立ちます。この手順を試みる際には、調査した材料ごとに試行錯誤しながら、容器内の雰囲気やレーザー出力などの実験パラメータを最適化することが重要です。この手順に従って、サンプルの端での実際の温度分布を測定するサーモグラフィーや、高温でのスペクトル放射率の挙動を決定するための紫外線分光法などの他の手法を実行できます。高出力レーザーでの作業には、訓練を受けた専門家による評価が必要なリスクが伴うことを忘れないでください。この手順を実行するときは、安全ゴーグルの着用や適切なレーザーシールドの使用などの予防措置を常に講じる必要があります。コア情報の研究には他のアプローチも存在しますが、プルトニウムやその他の超ウラン元素を含む物質の調査を可能にするのは、このアプローチだけです。このビデオを見れば、実験室規模で研究し、シミュレーションする方法をある程度理解できるはずですが、実際の核物質では、原子力発電所の炉心溶融事故におけるコリウムの形成について理解できるはずです。この研究をリードするための材料は、高放射能であることに注意してください。この種の活動は、常に地域の放射線防護法を遵守し、権限のある役員の監督の下で実施されるべきです。

laser-heating-radiance-spectrometry-for-study-nuclear-materials

Research

JoVE Journal

Chemistry

化学

土壌模擬上のLIBS検出機能は、パルスエネルギーおよびタイミングパラメータの範囲を用いて試験した。較正曲線は、異なるパラメータの検出限界および感度を決定するために使用された。一般に、これらの結果は、より低いパルスエネルギー及び非ゲート検出を用いた検出能力の有意な減少がないことを示した。...

土壌模擬を使用したパルスエネルギーおよびタイミングパラメータにレーザー誘起ブレークダウン分光法の結果の依存性

時間分解原子·二原子分子種は、ライブラリを使用して測定している。スペクトルは、Ndを有する光学破壊プラズマの発生後の様々な時間遅延で収集される：YAGレーザ放射および電子密度及び温度を推測するために分析される。...

測定と原子状水素と二原子分子のAlO、Cの分析<sub&gt; 2</sub&gt;、CN、およびTiOスペクトラ[次のレーザー誘起光学破壊

薄い臓器や腫瘍組織で実行レーザー誘起ブレークダウン分光法は、成功したGd系ナノ粒子から発行された自然の要素と人工的に注入されたガドリニウム（Gd）を検出しました。化学元素の画像が100μmであり、定量的なサブミリ感度の解像度に達した。標準的な光学顕微鏡法を使用してセットアップの相溶性が同じ生物学的組織の複数の画像を提供するためのその可能性を強調している。...

レーザー誘起ブレークダウン分光法：臓器組織内のナノ粒子のマッピングと定量化のための新たなアプローチ

新しいアブレーション材料とその数値モデリングの開発には、広範な実験的調査が必要です。このプロトコルでは、プラズマ流における材料応答の特性評価の手順を説明しています。その中核となる手法は、発光分光法による反応性境界層の化学的性質とともに材料の後退を追跡する非侵入型手法です。...

プラズマトロン内のアブレーション材料試験中の放射分光境界層調査

我々は、器具の任意の放射能汚染することなく、任意の標準的なマイクロラマン分光計と互換性の高い放射性試料のラマン分光分析のための手法を提示します。また、アクチニド化合物と、照射燃料物質を使用していくつかのアプリケーションを示しています。...

任意の標準的な顕微ラマン分光計を用いて高レベル放射性サンプルのラマン分析のための新規な技術

この記事では、CO 2 、N 2 、およびCH 4などの安定な分子の変換/活性化の適用のための効率的な非平衡化学反応を駆動するために使用される流動マイクロ波反応器について説明する。ここで説明する手順の目標は、 現場のガス温度とガス変換を測定することです。...

効率的な高温化学反応のための非平衡マイクロ波プラズマ

このプロトコルの目標はレーザー microirradiation を使用してさまざまな種類の比較的単純な鎖切断と被害サイト体内に DNA 損傷シグナル伝達と修復因子アセンブリを勉強する、複雑な損傷を含む DNA の損傷を誘発する方法を記述することです。.

生体内で単純および複雑な DNA 損傷に対する細胞応答を研究するレーザー Microirradiation

DNA 損傷を誘発するおよび選択したサブ核領域の DNA 修理蛋白質の応答を監視するための共焦点レーザー蛍光顕微鏡とレーザ...

マイクロ レーザーの単一の試験と哺乳類細胞における二重鎖切断修復のためのアプリケーション

DNA 損傷修復機構研究で定義されたサブ核領域の病変を誘導するシステムが必要です。405 nm レーザー装備レーザー走査共焦点の顕微鏡を使用してローカライズされた二本鎖切断を作成し、これらの病変の修復因子のダイナ...

405 Nm レーザ マイクロ照射による DNA 損傷にタンパク質募集調査

真空誘導溶融の間、レーザー誘起分解分光法は、溶融合金の主成分要素のリアルタイム定量分析を行うために使用されます。...

レーザー誘起分解分光法による真空誘導融解の定量分析

学ぶレーザー加熱法による原子炉材料の融解挙動シミュレーション。遠隔操作で放射性物質を安全に扱い、コリウム形成過程の熱力学的平衡状態を解明する。核安全と材料安定性の理解に貢献する。

レーザー加熱と原子力発電所事故を模擬した条件における核物質に関する研究の輝き分析

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