Лазер Отопление и сияние-спектрометрии для изучения ядерных материалов в условиях имитации аварии на атомной электростанции

Общая цель этой процедуры заключается в моделировании ранних стадий аварии при расплавлении активной зоны на атомной электростанции в лабораторных масштабах, что позволяет изучить поведение плавления, участвующее в образовании кориума. Этот экспериментальный подход помогает ответить на ключевые вопросы в исследованиях аварий на атомных электростанциях. Например, можно определить температуры, которые, в зависимости от атмосферы, могут привести к нарушению термомеханической стабильности ядра.

Основное преимущество данной методики заключается в том, что она выполняется дистанционно, что позволяет использовать в эксперименте реальные радиоактивные материалы. Хотя этот метод может дать представление о плавких свойствах материалов активной зоны реактора, он также может быть применен к другой огнеупорной керамике, высокотемпературным жаропрочным сплавам и аэрокосмическим покрытиям. Это уникальный метод исследования материалов при экстремально высоких температурах в течение короткого времени.

Поэтому это очень полезно для установления термодинамических равновесных опорных состояний для наблюдаемого поведения материала. Во-первых, откалибруйте быстрый двухканальный пирометр и спектропирометр с помощью эталонных ламп. Определите калибровочные константы.

В экранированный бардачок с окнами оптического качества установите образец в держатель с помощью высокотемпературного клея из диоксида циркония или графитовых, молибденовых или вольфрамовых винтов. Поместите образец в держатель горизонтально в автоклавный реактор с регулируемой атмосферой и окнами оптического качества. Закрепите автоклав на оптической плате в бардачке.

Установите лазернопоглощающий графитовый экран за автоклавом. Чтобы обеспечить однородность температуры, выбирайте линзы блока фокусировки таким образом, чтобы лазерное пятно было размером не менее чем в 10 раз больше, чем пятно визирования пирометра. Затем подключите блок фокусировки к мощной лазерной волоконно-оптической системе, стараясь не перекручивать оптоволоконные линии.

Включите маломощный красный пилотный лазер и выровняйте луч так, чтобы пятно было центрировано на образце в автоклаве. Затем включите аргон-ионный лазер. Выровняйте лазер так, чтобы синее пятно находилось в центре красного пилотного лазерного пятна на образце.

Двухканальный пирометр и спектропирометр монтируются на оптическом столе в соответствии с образцом. Убедитесь, что цели правильно сфокусированы на образце. Затем направьте источник света с волоконной связью в окуляр двухканального пирометра и убедитесь, что на поверхность образца проецируется четко определенное пятно визирования.

Отрегулируйте пирометр так, чтобы точка прицеливания была центрирована в красных и синих лазерных пятнах. Юстируйте спектропирометр по той же методике. Затем проверьте наличие паразитарных отражений красного пилотного лазера от поверхности образца, перчаточного ящика и окон автоклава.

Размещайте графитовые экраны везде, где происходят паразитные отражения. Далее вакуумируйте автоклав, и наполните его реакционной атмосферой пять раз. Затем заполните автоклав реакционной атмосферой до нужного давления.

Подождите, пока кислородный потенциал стабилизируется, прежде чем приступать к эксперименту. Подключите пирометр и мощный лазерный потенциометр к осциллографу, работающему как аналого-цифровой преобразователь. Подключите осциллограф к компьютеру.

В программном обеспечении осциллографа задайте параметры в триггерах сбора данных. Заполните калибровочные константы пирометра и спектропирометра. В программном обеспечении для мощного лазера создайте новую программу нагрева.

Если температура плавления образца выше 2 500 кельвинов, начните программу со ступени предварительного нагрева до подходящего уровня мощности. Затем определите циклы из трех-четырех быстрых лазерных выстрелов, чтобы нагреть образец значительно выше температуры плавления. В течение цикла образец должен оставаться выше комнатной температуры.

Создание дополнительных циклов с различной интенсивностью и продолжительностью лазерного импульса. Затем из надлежащим образом экранированной диспетчерской протестируйте программу лазерного нагрева и триггеры сбора данных, стреляя на графитовый абсорбер с водяным охлаждением. Убедитесь, что система запуска работает должным образом и что данные собраны.

Как только система будет готова, снимите графитовый экран, изменив траекторию лазера с поглотителя на образец. Отключите красный пилотный лазер и активируйте мощный лазер. Запустите программу обогрева.

После этапа предварительного нагрева в цикле нагрева/охлаждения поставьте программу на паузу и проверьте внешний вид образца. Убедитесь, что экспериментальные термограммы указывают на успешное плавление и затвердевание образца. Если образец цел, выполните еще несколько циклов нагрева/охлаждения, проверяя образец после каждого цикла.

Продолжайте этот процесс до тех пор, пока образец не расплавится или не сломается. Когда эксперимент закончится, выключите мощный лазер, выпустите вентиляцию из автоклава и дайте ему стабилизироваться при атмосферном давлении. Перенесите образец и фрагменты образца из автоклава в экранированный контейнер для последующей характеризации.

Используйте этанол и лабораторные салфетки для очистки салона автоклава и окон. Оценены свойства плавления и затвердевания диоксида урана в атмосферах с повышенным содержанием кислорода. Термограммы реальных температур показали, что повышенный уровень окисления диоксида урана приводит к снижению температуры затвердевания плавления до 700 кельвинов.

Температура плавления/замерзания диоксида плутония была пересмотрена и оказалась более чем на 300 кельвинов выше, чем сообщалось ранее. Это было связано с дистанционным методом нагрева, позволяющим избежать высокотемпературных взаимодействий между образцом и его контейнером, которые могли бы повлиять на традиционные процессы нагрева. Смешанные образцы диоксида урана и диоксида циркония были изучены как в аргоне, так и в сжатом воздухе.

В атмосфере аргона температуры плавления и затвердевания образца оставались примерно одинаковыми в последовательных циклах нагрева и охлаждения. В сжатом воздухе температуры плавления и затвердевания снижались в течение последовательных циклов, что свидетельствует об окислении образца. Анализ нормальной спектральной излучательной способности богатого углеродом дикарбида урана показал, что поверхность быстро обогащается демиксированным углеродом во время охлаждения, но демиксированный углерод почти полностью мигрировал с поверхности образца при температуре альфа-бета-фазового перехода.

После того, как для данного типа материала установлены оптимальные условия эксперимента, на разных образцах может быть выполнено несколько тепловых циклов. Это большое количество экспериментальных данных, полезных для статистического анализа. При попытке выполнить эту процедуру важно оптимизировать экспериментальные параметры, такие как атмосфера внутри сосуда и мощность лазера, методом проб и ошибок для каждого исследуемого материала.

После этой процедуры могут быть выполнены и другие методы, такие как термография для измерения фактического распределения температуры по краям образца или ультрафиолетовая спектрометрия для определения спектрального поведения излучательной способности при высоких температурах. Не забывайте, что работа с мощными лазерами сопряжена с рисками, которые должны быть оценены обученными специалистами. При выполнении этой процедуры всегда необходимо соблюдать меры предосторожности, такие как ношение защитных очков и использование соответствующего лазерного экранирования.

Хотя существуют и другие подходы к изучению информации о керне, только этот подход позволяет исследовать материалы, содержащие плутоний и другие трансурановые элементы. После просмотра этого видео у вас должно сложиться некоторое представление о том, как можно изучать и моделировать в лабораторных масштабах, но на реальных ядерных материалах образование кориума в результате аварии при расплавлении активной зоны атомной электростанции. Имейте в виду, что материалы, которыми следует руководить этой исследовательской работой, являются высокорадиоактивными.

Такого рода деятельность всегда должна проводиться в соответствии с местными законами о радиозащите и под контролем уполномоченных должностных лиц.