레이저 열 및 빛 분석 조건에서 핵 물질의 연구에 대 한 원자력 발전소 사고 시뮬레이션

이 절차의 전반적인 목표는 원자력 발전소의 노심 용융 사고의 초기 단계를 실험실 규모로 시뮬레이션하여 코륨 형성과 관련된 용융 거동을 연구할 수 있도록 하는 것입니다. 이 실험적 접근 방식은 원자력 발전소 사고 연구의 주요 질문에 답하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 대기에 따라 코어의 열역학적 안정성이 저하될 수 있는 온도를 결정할 수 있습니다.

이 기술의 주요 장점은 원격으로 수행되어 실험에서 실제 방사성 물질을 사용할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 반응기 코어 재료의 용융 거동에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 다른 내화 세라믹, 고온 초합금 및 항공 우주 코팅에도 적용할 수 있습니다. 이것은 짧은 시간 동안 매우 높은 온도에서 재료를 연구하는 독특한 방법입니다.

따라서 관찰된 재료 거동에 대한 열역학적 평형 기준 상태를 설정하는 데 매우 유용합니다. 먼저, 참조 표준 램프를 사용하여 고속 2채널 고온계와 분광 고온계를 보정합니다. 보정 상수를 결정합니다.

광학 품질 창이 있는 차폐 글로브 박스에서 고온 지르코니아 접착제 또는 흑연, 몰리브덴 또는 텅스텐 나사가 있는 홀더에 샘플을 장착합니다. 샘플을 광학 품질 창이 있는 제어된 분위기의 오토클레이브 반응기에 수평으로 홀더에 놓습니다. 글로브 박스의 광학 보드에 오토클레이브를 고정합니다.

오토클레이브 뒤에 레이저 흡수 흑연 스크린을 장착합니다. 온도 균일성을 보장하려면 파이로미터 관측 지점보다 최소 10배 더 큰 레이저 스폿을 생성하는 초점 장치 렌즈를 선택하십시오. 그런 다음 초점 장치를 고출력 레이저 광섬유 시스템에 연결하고 광섬유 라인이 꼬이지 않도록 주의합니다.

저전력 적색 파일럿 레이저를 켜고 스폿이 오토클레이브의 샘플 중앙에 오도록 빔을 정렬합니다. 그런 다음 아르곤 이온 레이저를 켭니다. 파란색 점이 샘플의 빨간색 파일럿 레이저 스폿 중앙에 오도록 레이저를 정렬합니다.

2채널 고온계와 분광 고온계는 샘플에 따라 광학 테이블에 장착됩니다. 목표가 샘플에 올바르게 초점을 맞추고 있는지 확인합니다. 그런 다음 광섬유 결합 광원을 2채널 고온계의 접안렌즈에 비추고 선명하게 정의된 조준 지점이 샘플 표면에 투영되는지 확인합니다.

관측 지점이 빨간색과 파란색 레이저 반점 중앙에 오도록 고온계를 조정합니다. 동일한 기술을 사용하여 분광 고온계를 정렬합니다. 그런 다음 샘플 표면, 글로브 박스 및 오토클레이브 창에서 빨간색 파일럿 레이저의 기생충 반사를 확인합니다.

기생충 반사가 발생하는 모든 곳에 흑연 스크린을 배치합니다. 다음으로, 오토클레이브를 비우고 반응 대기로 5회 보충합니다. 그런 다음 오토클레이브에 원하는 압력에 대한 반응 분위기를 채웁니다.

실험을 진행하기 전에 산소 전위가 안정화될 때까지 기다립니다. 고온계와 고출력 레이저 전위차계를 모두 아날로그/디지털 변환기 역할을 하는 오실로스코프에 연결합니다. 오실로스코프를 컴퓨터에 연결합니다.

오실로스코프 소프트웨어에서 데이터 수집 트리거의 파라미터를 설정합니다. pyrometer와 spectro-pyrometer calibration constants를 입력합니다. 고출력 레이저 소프트웨어에서 새로운 가열 프로그램을 만듭니다.

시료 융점이 2, 500켈빈보다 높으면 적절한 전력 수준으로 예열 단계로 프로그램을 시작합니다. 다음으로, 샘플을 용융 온도보다 훨씬 높게 가열하기 위해 3-4회의 빠른 레이저 샷 주기를 정의합니다. 샘플은 주기 동안 실온 이상으로 유지되어야 합니다.

다양한 레이저 펄스 강도와 지속 시간으로 추가 사이클을 생성합니다. 그런 다음 적절하게 차폐된 제어실에서 레이저 가열 프로그램을 테스트하고 수냉식 흑연 흡수기에 쏘아 데이터 수집 트리거를 트리거합니다. 트리거 시스템이 제대로 작동하고 데이터가 수집되었는지 확인합니다.

시스템이 준비되면 레이저 경로를 흡수기에서 샘플로 변경하여 흑연 실드를 제거합니다. 빨간색 파일럿 레이저를 비활성화하고 고출력 레이저를 활성화합니다. 난방 프로그램을 시작합니다.

가열/냉각 주기의 예열 단계 후 프로그램을 일시 중지하고 샘플 모양을 확인하십시오. 실험용 서모그램이 시료의 성공적인 용융 및 응고를 나타내는지 확인합니다. 샘플이 손상되지 않은 경우 가열/냉각 주기를 몇 번 더 수행하여 각 주기 후에 샘플을 확인합니다.

샘플이 녹거나 깨질 때까지 이 과정을 계속하십시오. 실험이 끝나면 고출력 레이저를 끄고 오토클레이브를 환기시킨 다음 대기압에서 안정화되도록 합니다. 시료 및 시료 단편을 오토클레이브에서 차폐 용기로 옮겨 나중에 특성화할 수 있습니다.

에탄올과 실험실용 물티슈를 사용하여 오토클레이브 내부와 창문을 청소합니다. 이산화우라늄의 용융 및 응고 거동은 산소 함량이 증가하는 대기에서 평가되었습니다. 실제 온도 서모그램은 이산화우라늄 산화 수준이 증가하면 용융 응고점이 최대 700켈빈까지 감소하는 것으로 나타났습니다.

이산화플루토늄의 용융/동결 온도를 재평가한 결과, 이전에 보고된 것보다 300켈빈 이상 높은 것으로 밝혀졌다. 이는 기존 가열 공정에 영향을 줄 수 있는 샘플과 용기 사이의 고온 상호 작용을 피하는 원격 가열 방법에 기인합니다. 혼합 이산화우라늄-이산화지르코늄 샘플은 아르곤과 압축 공기 모두에서 연구되었습니다.

아르곤 대기에서 시료 용융 및 응고 온도는 연속적인 가열 및 냉각 주기에서 거의 동일하게 유지되었습니다. 압축 공기에서 용융 및 응고 온도는 연속적인 사이클에 걸쳐 감소하여 샘플 산화를 시사합니다. 탄소가 풍부한 이탄화 우라늄의 일반 스펙트럼 방사율 분석은 냉각 중에 표면이 탈혼합 탄소에 의해 빠르게 농축되었지만 탈혼합 탄소는 알파-베타 상 전이 온도에서 샘플 표면에서 거의 완전히 이동했음을 나타냅니다.

주어진 유형의 재료에 대해 최적의 실험 조건이 설정되면 서로 다른 샘플에 대해 여러 열 사이클을 수행할 수 있습니다. 이는 통계 분석에 유용한 많은 양의 실험 데이터 포인트입니다. 이 절차를 시도하는 동안 선박 내부의 대기 및 레이저 출력과 같은 실험 매개변수를 조사된 각 재료에 대한 시행착오 방법을 통해 최적화하는 것이 중요합니다.

이 절차에 따라 서모그래피와 같은 다른 기술을 수행하여 시료 가장자리의 실제 온도 분포를 측정하거나 자외선 분광법과 같이 고온에서 스펙트럼 방사율 거동을 결정할 수 있습니다. 고출력 레이저로 작업하려면 숙련된 전문가가 평가해야 하는 위험이 수반된다는 것을 잊지 마십시오. 이 절차를 수행하는 동안 보안경 착용 및 적절한 레이저 차폐 사용과 같은 예방 조치를 항상 취해야 합니다.

핵심 정보를 연구하기 위한 다른 접근법이 존재하지만, 이 접근법만이 플루토늄 및 기타 초우라늄 원소를 포함하는 물질에 대한 조사를 허용합니다. 이 비디오를 시청한 후에는 실험실 규모에서 연구하고 시뮬레이션하는 방법을 어느 정도 이해할 수 있을 것이지만 실제 핵 물질에 대해 원자력 발전소 노심 용융 사고에서 코륨 형성을 이해할 수 있습니다. 이 연구 작업을 주도하는 물질은 방사성이 높다는 점에 유의하십시오.

이러한 종류의 활동은 항상 현지 방사선 방호법을 준수하고 권한을 부여받은 경찰관의 감독 하에 수행되어야 합니다.