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

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。