Lazer-Isıtma ve bir nükleer santral kazası simüle Radiance spektrometresi çalışma koşullarında nükleer malzeme için

Summary

Biz mevcut deneyler hangi gerçek nükleer yakıt, kaplama ve davranışlarını radiance spektroskopisi ve Termal Analiz çalıştığı süre 3000 K ötesinde sıcaklığa ısıtılmış lazer çevreleme malzemelerdir. Bu deneyler, bir laboratuvar ölçekte lav fazlı bir nükleer reaktör çekirdek erime takip oluşumu simülasyonu.

Abstract

Büyük ve ciddi kazalar üç kez nükleer enerji santralleri (NPP), Three Mile Island (ABD, 1979), (eski SSCB, 1986) Çernobil ve Fukuşima (Japonya, 2011) meydana gelmiştir. Nedenleri, dynamics ve bu aksilikler sonuçlarını araştırma laboratuarında birkaç son üç yıl içinde dünya çapında yapıldı. Bu tür araştırma faaliyetleri ortak hedefleri vardır: Bu tür kazalar, mevcut ve potansiyel yeni nükleer santral; ikisinde önlenmesi nihai sonuçlarını indirilmesi; ve sonuçta, gerçek riskler tam bir anlayış NPP ile bağlı. Transuranyum öğeler için Avrupa Komisyonu ortak araştırma merkezi'nın Enstitüsünde laboratuvar simülasyon NPP çekirdek meltdown, şiddetli en yaygın türü için bir küçük ölçekte bir lazer-Isıtma ve hızlı radiance spectro pyrometry tesis kullanılır bir nükleer reaktör soğutma sistemi bir arıza sonucu olarak meydana gelebilir (SA) kaza. Bu simülasyon aracı hızlı ve etkili yüksek sıcaklık ölçümleri plütonyum ve küçük actinide içeren fizyon yakıt örnekleri gibi gerçek nükleer madde izin verir. Bu konuda ve aşırı koşullarda malzemeleri ile ilgili veri büyük miktarda üretmek üzere kapasitesini, geçerli deneysel kesinlikle benzersiz bir yaklaşımdır. Geçerli ve gelecek kavramlarını NPP için bazı farklı nükleer yakıtların erime davranışını örnek sonuçları sunulmuştur: uranyum-plütonyum oksitler, karbürler ve nitritler. Kaplama malzemeleri ile oksit yakıt yüksek sıcaklık etkileşim sonuçlarına da kısaca gösterilir.

Introduction

Nükleer fizyon geniş bir umut verici büyük ölçekli, neredeyse tükenmez enerji kaynağı olarak sunulan rağmen tam genel kabulü hala bazı güvenlik, güvenlik ve koruma'yı riskleri tarafından durdu. Deneysel sunulan bu riskleri birine bir nükleer enerji santrali (NPP) çekirdek meltdown önde gelen şiddetli kazalar (SAs) oluşumu ile ilgili bazı temel malzeme bilimi soruları yanıtlayan adlı bu eser amaçlamaktadır. Bu son derece radyoaktif madde hem insanların sağlığı ve ülke ekonomisi için ciddi sonuçları olan ortamda mümkün bir sürümü neden olabilir. Binbaşı SAs bu tip NPP, Three Mile Island (ABD, 1979), içinde üç kez (eski SSCB, 1986) Çernobil ve Fukuşima (Japonya, 2011) meydana gelmiştir. Bu nedenle, NPP SAs dünya çapında, kapsayan birçok zorlu olayları birkaç tesislerinde önemli araştırma odaklanmıştır ve çok yüksek sıcaklık (3000 K kez aşan) ve radyoaktif malzemeler varlığı tarafından karmaşık.

Bu senaryoda, Avrupa Konseyi¹ son yönergesiyle AB ülkeleri için nükleer güvenlik nükleer santralin ömrü her aşamasında en yüksek öncelik vermek gerekir. Bu Emanet değerlendirmeler önce yeni nükleer santral inşaatı yürüten ve aynı zamanda sağlanması eski reaktörler için önemli güvenlik geliştirmeleri içerir.

Bu bağlamda, Avrupa Komisyonu'nun kontrollü atmosfer, lazer-Isıtma ve hızlı radiance spectro pyrometry tesis^2,3,4 uygulanan ortak araştırma merkezi'nın Enstitüsü Laboratuvar simülasyon, küçük bir ölçekte NPP için Transuranyum öğeleri çekirdeğin erimesine. Sınırlı örnek boyutu (genellikle üzerinde bir cm ve 0,1-g-ölçekli) ve yüksek verimlilik ve lazer Isıtma, bu yaklaşım izin hızlı ve etkili yüksek sıcaklık ölçümleri çok nükleer malzemeler üzerinde uzak doğası nedeniyle plütonyum ve küçük de dahil olmak üzere nükleer yakıt örnekleri actinide içeren. Bu konuda ve aşırı koşullarda malzemeleri ile ilgili veri büyük miktarda üretmek üzere kapasitesini, geçerli deneysel yöntemi dünya çapında benzersiz varlık olarak kabul edilmektedir. Aslında, indüksiyon Isıtma üzerinde dayalı diğer tamamlayıcı soruşturma teknikleri örnek malzeme ve kapsama⁵hızlı yüksek sıcaklık Hofstede muzdarip için gösterilmiştir. Bu tür teknikler izin ve çoğunlukla daha fazla analiz için malzeme miktarına gerekiyorsa, buna ek olarak, onlar daha az mevcut yöntem yüksek radyoaktivite ve örneklerin sınırlı yer nedeniyle gerçek nükleer madde incelenmesi için daha uygundur.

(Şekil 1'de kapsamlıdır) geçerli deneyler, bir α-korumalı eldiven kutusunda yer alan bir kontrollü atmosfer basınçlı kap monte bir örnek 4.5 kW ND: YAG CW lazer tarafından ısıtılır.

Şekil 1: Lazer-Isıtma ve radiance spectro pyrometry deneysel set-up.
Örnek bir kontrollü atmosfer altında gaz geçirmez bir kap içinde grafit (veya akkor veya molibden) vidaları ile sabittir. Resmin sol alt köşede bildirdi, bir örnek, grafit vida ile sabit bir PuO₂ disk olarak gösterir. Radyoaktif bir örneğiyse, gemi Alfa sıkı bir torpido içinde monte edilmelidir. Örnek bir 4.5 kW ND: Yag Lazer 1,064, ısıtmalı nm. Hızlı iki kanallı Pirometre örnek sıcaklık ve düşük-güç Ar⁺ lazer yansıyan sinyal kaydetmek için kullanılır. Bir daha yavaş çok kanallı spectro pyromenter sıcak örnek optik özelliklerini in situ analiz için istihdam edilmektedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Örnek radiance L_eskiradyasyon Pirometreler ölçmek. Bu başına birim yüzey, dalga boyu ve katı açısı belli sıcaklık⁶örnek tarafından yayılan elektromanyetik radyasyon güç yoğunluğu azalır. Değiştirilmiş bir Planck işlev ile numune yüzey sıcaklığı T bağlı olduğu:

Lλ ışınımsal güç, ε_λ spektral emissivite, c₁ nerede 2· = h· c₀ ² is ilk radyasyon sürekli, c₂ = h· c₀/k_B 14,388 µm· = K ikinci radyasyon sabiti, c₀ vakum ışığın hızını, Planck sabiti ve k_B Boltzmann'ın sabiti h olduğunu. Spektral emissivite alır bir mumun yaymak gerçeğini dikkate, belirli dalga boyu ve sıcaklık, yalnızca bir kısmını aynı sıcaklıkta ideal bir cisim tarafından yayılan güç eşittir. Bu nedenle, 0 ve 1, hangi Planck hukuk için ideal karacisim durum elde edildi karşılık gelen 1 ile arasındaki değerleri alır. Mevcut çalışma Pirometreler ile ilgili örnek yüzey çevre normal her zaman kurmak beri ε_λ açı bağımlılık değil olarak kabul edildi ve "emissivite" her zaman normal spektral emissivite (NSE) sevk edecektir. NSE dönüştürmek için denklem 1 ve L_eski mutlak sıcaklık T. içine Pirometre kalibrasyon prosedürü belirlenmelidir

Numune sıcaklık standart lambalar karşı kalibre bir hızlı Pirometre kullanarak algılanır kadar 2500 K, λ = 655 nm ve. Bir ek 256-kanal radiance spectro-Pirometre 515 arasında faaliyet nm ve 980 nm NSE (ε_λ) örnek çalışma için istihdam. NSE belirlenmesi termal emisyon spektrum denklem 1^{2, 3}, T ve sadece iki ücretsiz parametreleri olmak ε_λ ile doğrusal olmayan bir uyum tamamlayarak mümkündür. Ateşe dayanıklı materyaller⁷ bu kendisi için NSE kabul için bir NPP içinde genellikle mevcut gibi çalışarak doğru olması için bu yaklaşım gösterilmiştir dalga boyu bağımsız (gri gövde hipotez) spektral geniş bir tarih. Sonra lazer ısıtmalı örnek sıcaklığı doğru bir fonksiyonu olarak ölçülür, Termal Analiz ortaya çıkan sıcaklık-zaman eğrisi (thermogram) gerçekleştirilebilir.Çekimleri veya yerlerde termal tutuklamalar faz geçişleri (solidus, liquidus ve izotermal faz dönüşümleri) ile ilgili bilgi vermek. Ayrıca, NSE belirlenmesi için gerekli olmasının yanı sıra, doğrudan spektral analizi sıcak örnek tarafından yayılan radiance L_ex da okudu yüzey optik bazı özelliklerini bir in situ çalışma izin verir. Bu faz geçişleri, kimyasal reaksiyonlar arasında yoğun malzemeler ve gaz faz veya segregasyon etkileri gibi yüksek sıcaklık olayları tanımlaması için başka bir destek aracı kabul ettiğiniz anlamına gelir. Adı verilen ek bir teknik ışık sinyali (RLS) analiz^{2, 3} faz geçişleri onaylamak için kullanılan yansıtıyordu. Bir düşük güç (1 G) için ayarlanmış Pirometre ikinci kanal kullanarak yapılır Ar⁺ lazer (λ = 488 nm). Bu kanal Ar⁺ boşluğundan kaynaklanan lazer ışını algılar ve örnek yüzey tarafından yansıtıyordu. Rasgele titreşimler nedeniyle yüzey gerilimi kaynaklı titreşimler sıvı örnek yüzeyinde Ergitme sonra görünür iken sabit HBS sinyal bir katı yüzey gösterir.

Genel olarak, su soğutmalı reaktör, katı yakıt öğelerini kullanarak şu anda NPP, en yaygın türü sahip radyoaktivite⁸çevreleme sağlamak için dört ardışık engeller. Kristal yapı ve mikro makroskopik gözeneklilik, yakıt Pelet kendisi, katı fizyon ürün ve uçucu olanlar parçası tutabilir ilk engeldir. Genel olarak, tüm yakıt öğe ikinci koruma aşama çalışır (Zircaloy veya Çelik) Metalik kaplama yerleştirilir. Kaplama arızası durumunda, genel olarak bir kaç cm kalın (birincil sistem) bir çelik duvar tarafından sınırlı bütün NPP iç gemi, üçüncü bir engeldir. Son olarak, binanın (m-kalın beton) çevreleme ortamı içine yayınlanmadan önce son Emanet engeldir.

Su soğutma sistemi arızası durumunda, NPP SA, aşırı ısınma ve erime çekirdeğin önde gelen gerçekleşebilir. Aşırı ısınma başlangıçta fizyon nedeniyle ısıdır. Ancak, soğutma yokluğunda, aşırı ısınma ayrıca nükleer zincir reaksiyonları, füzyon ürünleri ve nükleer çekirdek enkaz içinde yer alan son derece radyoaktif diğer türler artık çürüme ısı nedeniyle sona ermesi bir süre sonra devam edebilirsiniz. Genel olarak, alt erime bileşikler (muhtemelen eutectics) yakıt ve kaplama arasında arayüz, oluşan sürece göbek eritme yakıt öğe orta kısmından başlar. Mevcut araştırma ilk amacı böyle düşük erime bileşikler çok yakıt kaplama sistemlerinde oluşturulması mümkündür ve bu durumda ne sıcaklık depresyon erime sonucu olacaktır olup olmadığını, kurulması oluşur. Bu soruyu cevaplamak için saf ve karışık yakıt bileşiklerin erime davranış ilk için rahat etsin, hangi bu nedenle güncel yaklaşımlar daha da önemli bir amacı teşkil değerlendirilmek. Yakıt ve kaplama birlikte eritin, sıvı kütle hızla birincil geminin altına düşmek ve çelik duvar olup kalan su ve Buhar, tepki varsa başlar. Bu aşamada, çelik Ayrıca yakıt/kaplama ile birlikte erimiş sıcak karışım. Sonuçta ortaya çıkan lav gibi sıvı "corium" denir. Çelik Duvar aracılığıyla erimiş ve hatta en dış bariyer oluşturan beton ile tepki bu sıcak, son derece radyoaktif karışım birincil çevreleme dışında yaygın. Yüksek ısı ve yüksek reaktivite corium içinde mevcut türlerin su ayrılma ve hidrojen üretimi yol açabilir. Bu bir ek Buhar, hidrojen patlamalar (bkz. Three Mile Island ve Fukushima SAs), ağır oksidasyon veya corium (daha az muhtemel) hidrasyon neden kütle ve NPP yapısal malzeme. Geçerli deneysel yöntem ayırma ve olaylar açıklanan dizisi ile ilgili pek çok karmaşık fizikokimyasal mekanizmaları çeşitli deneysel analizi izin verir. Erime analiz ve yakıt-kaplama etkileşim, Pu içeren yakıt ve çelik, beton, arasındaki yakıt arasında birkaç yüksek sıcaklık etkileşim mekanizmaları gibi Basitleştirilmiş sistemlerinde araştırılması bahsedilen saf bileşeni yanı sıra vs. Corium oluşumu potansiyel olarak farklı atmosferler (inert gaz, hava, hidrojen veya buhar izleri), huzurunda çalışılabilir SAs kapsamlı bir anlayış için önemli referans veri üreten.

Özellikle yüksek erime malzemeleri, laboratuvar araştırma için uygun mevcut yaklaşım aynı zamanda diğer, daha yenilikçi türleri (, örneğin, uranyum karbürler veya nitritler dayalı) nükleer yakıtların başarılı analizi için istihdam edilmiştir ve ateşe dayanıklı diğer bileşenleri, zirkonyum⁹, Tantal ve Hafniyum karbürler, metalik Süperalaşımlar, kalsiyum oksit¹⁰, vb gibi.

Protocol

1. Pirometre ve spectro Pirometre kalibrasyon

1. Referans standart lambalar
   1. Sertifikalı, kalibre edilmiş standart lambalar Ulusal standart laboratuar üzerinden.
      Not: Burada kullanılan her iki lambaları doğru 650 kalibre nm PTB (Physikalisch Technische Bundesanstalt, 2010) Alman standart referans kuruluşlarından biri tarafından.

Resim 2: Cisim kaynak ve standart mevcut Pirometre ve spectro Pirometre kalibrasyonu için kullanılan lamba.
Kalibrasyon prosedürü Pirometre veya spectro Pirometre görme alanı için bilinen bir sıcaklığa ısıtılır (ve bu nedenle bilinen bir parlaklık yayar) standart ışık kaynağında (cisim veya lamba), belirli bir giriş akımı odaklanmıştır. Kalibrasyon denklemler Pirometre veya spectro Pirometre radyasyon detektörleri tarafından ışık kaynağı sıcaklık bir fonksiyonu olarak vermiştir gerilim sinyalleri ve deneysel araziler yaklaştırarak elde edilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

2. Pirometre kalibrasyon
   1. 650 yakın Pirometre kanala kalibre nm ile iki tungsten şerit lambalar, ilki 1.100 K ve 1.800 K ve 1.800 K ve 2500 K (Şekil 2) arasındaki ikinci arasındaki sıcaklık aralığı için.
   2. Pirometre lamba filaman ve iğne (Şekil 2) hizalayın.
   3. PTB tarafından sağlanan kalibrasyon levha takip çeşitli nominal lamba sıcaklıklarda Pirometre yoğunluklarını kaydedin.
   4. Deneysel Pirometre yoğunluklarda ters lamba sıcaklıklar bir fonksiyonu olarak çiz.
      Not: Pirometre logaritmik bir amplifikatör ile donatılmıştır. Sonuç olarak, eğilim doğrusal olmalı, en azından 1,700 K. lineer üzerindeki sıcaklıklara için uygun deneysel Puan Pirometre kalibrasyon denklem formdaki verecektir:
      Denklem 2
      A ve B nerede 650 Pirometre sinyal dönüştürme izin kalibrasyon sabitler nm sıcaklık içine.
   5. İkinci bir kanal (fotodiyot) aynı Pirometre yansıyan ışık sinyali (RLS) çözümlemesi için kullanılan sonda lazer aynı dalga düzeltmek. Geçerli kurulumu, bir Ar⁺ 0,75 W bu cw lazer 488 yayılan nm. Pirometre'nın ikinci kanal 488 tamir nm HBS için optik bir filtre olarak çalışabilmesi için izin vermek için.
      Not: HBS analiz tamamen nitel olduğu için hiçbir kalibrasyon bu ikinci kanal için gereklidir.
3. Radiance sıcaklık
   1. T_λ denklem 2 Pirometre tarafından ölçülen radiance sıcaklık olduğuna dikkat edin. İdeal bir cisim tarafından yayılan Eğer deneysel parlaklık yoğunluğu için karşılık gelen sıcaklığıdır (ε_λ = 1 denklem 1 '). Gerçek örnekleri, formülün gerçek mutlak sıcaklık ilgili 's:
      Denklem 3.
   2. Denklem 3 denklem 1'den yaklaşık türetmek . NSE incelenen malzeme için bir çok kanallı spectro Pirometre 515 arasında tarafından kaydedilen gerçek sıcaklık (Denklem 1), parlaklık yoğunluğunun spektral analizi ile elde etmek için belirlemek nm ve 980 nm.
4. Spectro Pirometre kalibrasyon
   1. Spectro-Pirometre'nın 650 nm kanal kanal aşağıdaki adımları 1.2.1-1.2.3 yukarıda açıklandığı aynı yordamı Standart lamba karşı kalibre.
   2. Spectro Pirometre ile logaritmik bir amplifikatör ama doğrusal bir ile donatılmış değil bu yana bu zaman, logaritması (burada sayıları ifade) deneysel yoğunluklarını nominal lamba sıcaklıktan kalibrasyon elde etmek için işaretlemek C ve D sabit 650 nm kanalı için:
      Denklem 4.
   3. Bir cisim kaynak (Şekil 2) Isıtma geçerli cisim kavite açıkça çıplak gözle görünür olmasını aydınlık nerede bir seviyeye kadar artırın. O zaman, spectro Pirometre amaç karacisim kavite ortasına hizalayın.
   4. Aynı anda bir PC ekranda görüntülenen spectro Pirometre sinyal tam olarak arka plan gürültü kapsayacak şekilde yoğun nerede bir seviyeye geçerli cisim artırın. Spectro Pirometre entegrasyon zaman sinyal-gürültü oranı en iyi duruma getirmek üzere ayarlamak. Zaman-doğrusallık spectro Pirometre, teslimat kontrol edilmelidir. Spectro Pirometre photodiodes doyurmak değil için dikkat ediniz.
   5. Cisim sıcaklığı stabilize. Cisim radiance yayılan ve bu nedenle spectro Pirometre sinyal (genellikle 10-20 dk sıcaklıklarda yaklaşık 1500 K) kararlı kadar bekleyin.
   6. Aygıt tarafından yayılmış tam dalga boyu aralığı üzerinde parlaklık spectra kaydedin. Bellek arabellek tamamen doldurun (256 satın almalar). O zaman, ortalama yoğunluk değerleri her kanal için al.
   7. 650 kalibre kanal tarafından kaydedilen yoğunluğu kullanın tam cisim sıcaklığı ölçmek için nm (adımları 1.4.1-1.4.2).
   8. Cisim sıcaklığı belirlendikten sonra siyah gövde parlaklığı denklem 1'i kullanarak L_{λ, bb} hesaplayın.
   9. Spectro Pirometre karacisim kaynaklarına (yaklaşık 200 tane) karşı kalan kanallarını ayarlama. 488 arasındaki aralıkları kesip nm ve 515 nm ve 980 nm ve 1,011 nm gürültüyü azaltmak için. Bir entegrasyon zaman özel kalibrasyon (transfer) işlevi elde etmek
      Denklem 5,
      ICounts_av her spectro Pirometre kanal ve TI tarafından ölçülen ortalama deneysel yoğunluğu nerede entegrasyon zamanı geldi. Ortalama değeri arabellekte birikmiş 256 satın almalar öncelikli.
   10. Cross K(λ) sıcaklık bağımsız kontrol amacıyla çeşitli karacisim sıcaklıklarda adımları 1.4.1-1.4.10 spectro Pirometre kalibrasyon prosedürü tekrarlayın.
       Not: Sadece arka plan gürültü farklı karacisim sıcaklıklarda değiştirmeniz gerekir.
   11. Gerçek örnek ölçümlerde radiance spectra entegrasyon zaman özel deneysel radiance spectra çarparak elde etmek (ICounts(λ) /ti) K(λ) işlevi tarafından.

2.Örnek montaj

Dikkat: optik kalitesi windows ve optik bir tablo ile donatılmış bir alfa-sıkı torpido tüm yordamda örnek radyoaktif olması durumunda, yürütmek. Örnek özellikle radyoaktif olması durumunda (Pu veya Am gibi güçlü γ yayımlayıcılara içeren), bir kurşun elbisesi giymek ve montaj sırasında eldiven yol. Bir radyasyon dedektörü β ve γ radyoterapi ana yön belirlemek için kullanın.

1. Örnek tutucuya (bkz. Şekil 1 alt sol iç metin) grafit, molibden veya tungsten vidayla sabitleme ile bağlayın.
   Onlar örnek'ın termal grafit fazla denge vida etkileyebilir, ancak Not: grafit için karşılaştırıldığında, Mo veya W vida daha iyi mekanik istikrarı sağlamak. İdeal örnek şekil yaklaşık 8 mm çapında ve en az 2 mm kalınlığında bir disktir. Ancak, ayarlanabilir vida kullanımı analiz örnekleri farklı şekiller verir ve aynı zamanda çok küçük ve düzensiz boyutlandırır. Bu esneklik özellikle ne zaman radyoaktif parçaları araştırılması için avantajlıdır.
2. Örnek ve tutucu bir silindirik baskı gemi (veya otoklav, Şekil 1'de kapsamlıdır gibi) yerleştirin. Gemi eksen dik örneğine bağlama. Optik kalitesi windows (genellikle kuvars veya erimiş silis) ile gemi alın.
3. Optik bir tabloya gemi tamir.
4. Grafit ekran basınç gemi arka yan tarafından örnek bir deney sırasında sahibinden düşmek gerekir diye lazer ışını emmek için bir optik masaya düzeltmek.

3. lazer ve Pirometre hizalama

1. Lazer hizalama
   1. Optik bir tablo üzerinde bir yüksek güçlü lazer ışını laboratuvar iletmek fiber optik ile odaklama ünitesi kaç.
      Not: Bunu yaparken de karışıklığı onlara geri dönüşümsüz hasara neden olabilir fiber optik oluşumunu önlemek için en fazla dikkat edin.
   2. Uygun lens odaklanma biriminde örnek yüzey ve uygun odak uzaklığına odaklama birimi ve örnek yüzey arasında gerekli lazer nokta boyutu elde etmek için seçin. Lazer nokta boyutu en az on kat daha büyük sıcaklık homojenliği Pirometre ölçüm noktası etrafında sağlamak (3 mm²) spot Nişangah Pirometre olduğundan emin olun.
      Not: Bu kısıtlama ile belirli her deney amaçlarına göre lazer nokta boyutu ayarlanabilir. Örneğin, küçük bir nokta daha yüksek bir lazer güç yoğunluğu yol açacaktır. Bu nedenle, daha yüksek sıcaklıklarda, ulaşmak mümkün olacak ama örnek yüzeyinin daha sınırlı bir bölgede. Tersine, daha düşük maksimum sıcaklık-ecek var olmak elde edilebilir, ancak daha büyük bir lazer nokta örnek boyunca daha homojen bir sıcaklık dağılımı garanti edecek. Odaklama birimi ve örnek yüzey arasındaki odak uzaklığı sadece empoze tarafından edinilmiş malların çeşitli optik bileşenleri, onları ve örnek arasında bir torpido duvar varlığı gibi geometrik boğumların vs.
   3. Gerekli tüm optik parçalar (lazer optik, Ar⁺ lazer HBS analiz ve Pirometreler) optik bir masaya monte.
   4. Otoklav örnek yüzey kırmızı lazer oracıkta hizalamak (ve varsa, torpido) pencere. Lazer nokta örnek yüzey küçükse, örnek ortasına veya (Örneğin, örnek iki farklı bölgeleri arasında arayüz) ilgi belirli bir alan düzeltebilirim.
      Not: Geçerli yüksek güçlü lazer de düşük güç o-Ne kırmızı ile donatılmış tam olarak aynı optik yolunu izleyerek lazer. Pilot bu lazer sistemi hizalamak için açın. Kırmızı lazer nokta boyutu biraz yüksek güçlü Kızılötesi ışın gerçek nokta boyutunu daha farklı olacaktır. Ancak, fark hizalama yordamda ihmal.
   5. Ar⁺ lazer açmak ve kırmızı pilot lazer örnek yüzeyinde spot ortasına hizalayın.
2. Pirometre hizalama
   1. Onların eksenli mümkün olduğunca yakın örneği'seyir için uygun bir konumda Pirometre ve optik tabloya spectro Pirometre düzeltmek için örnek yüzeye dik.
   2. Kabaca Pirometre ve spectro Pirometre örnek doğru gelin. İle ilgili göz mercekleri bakarak, hedefleri doğru örnek görmek emin olun.
   3. İnce doğru pozisyonda ve odak mesafesini Pirometre hizalamak için esnek bir lamba Pirometre mercek Parlatıcı. Pirometre diyafram net bir görüntü örnek yüzeyine yansıtılır doğrulayın.
      Not: Pirometre hem spectro Pirometre içinde örnek tarafından yayılan Isıl Radyasyon nesnel (objektif ve Kolimatör) tarafından toplanır ve fotodiyot dedektörleri aracılığıyla bir diyafram üzerinde duruldu. Bu diyafram Pirometreler göz mercekleri ile açıkça görülebilen bir görüntüdür. Geçerli kurulum ile bu noktada yaklaşık dairesel çapı 1 mm. ile bu cihaz kalibrasyon etkileyebilir çünkü önlemek Pirometre objektif ayarlarla oynama.
   4. Pirometre diyafram resim ortasında kırmızı pilot lazer spot ve nokta Ar⁺ mavi lazer hizalama.
   5. İnce spectro Pirometre hizalamak üzere adımları 3.2.3-3.2.4 içinde aynı işlemi tekrarlayın.
3. Yansıma onay
   1. Çoğunlukla basınçlı kap gel kırmızı pilot lazer (belirgin göz beyaz kağıdın yardımıyla tarafından), parazit yansımaları için dikkatlice kontrol edin (ve varsa, torpido) windows.
      Not: bir şey yansıtıcı metal örnek analiz edilecek ise bu yansımaları da örnek yüzeyden kaynaklı. Örnek yüksek güçlü Kızılötesi Lazer ışını ile ışınlanmış zaman böyle yansımaları son derece tehlikelidir.
   2. Her yerde parazit yansımaları tespit edilen grafit ekranlar (emiciler) yerleştirin.
      Not: IR lazer ışını yansımalar hiç Insan, vurmak gerekir ama onlar da torpido parçaları ve optik ve elektronik komponentler yazabilir veya daha fazla metalik laboratuvar araçları tarafından yansıtılabilir. Bu nedenle, kökenlerine mümkün olduğunca yakın yeterli grafit emiciler tarafından kesilmelidir.

4. dolum basıncı damar

1. Basınç gemi bir vakum pompası ve gaz tedarik sistemi uygun borular aracılığıyla bağlayın. Mümkünse, bir Manometre ek olarak, bir oksijen analizörü basınç gemi bağlayın.
2. Atmosfer (gaz ya da gaz karışımı) hangi lazer-Isıtma deneyler yapılmalıdır altında seçin.

Atmosfer bağlı olarak araştırılması için örnek ve üretilecek kimyasal koşulları seçin.

Ne olursa olsun atmosfer, ilk kullanımda bir vakum pompa özellikle Seçilen deneysel atmosfer ideal serbest oksijen ise herhangi bir çapraz bulaşma, havaya sahip önlemek için basınç gemi boşaltmak için. Mümkünse, O₂ analyzer bu alt algılama sınırı "yordamı tasfiye" ulaşmak.

Boşaltma sonra otoklav gerekli basınç altında seçilen gaz ile doldurun.
Not: Farklı baskılar (Faz geçişleri basınç etkisi çalışmak içinÖrneğin, ) otoklav içinde ayarlayabilirsiniz. Ancak, standart deneyler için 0.2-0.3, gaz aşırı basınç ayarla MPa (atmosferik basınç) ile ilgili örnek buharlaşma olayları mümkün olduğu kadar azaltmak için. Geçerli deneyler çoğunu bir inert atmosfer (basınçlı argon) altında ilk örnek kompozisyon lazer-Isıtma deneyler boyunca korumak için gerçekleştirilir. Ancak, özel çalışmalar için oksitleyici (Basınçlı hava, CO/CO₂ karışımları, vb) veya azaltmak (Ar + H₂) ortamlar istihdam, çok.

Otoklav doldurduktan sonra lazer-Isıtma deney başlamadan önce oksijen potansiyel oksijen analyzer stabilize emin olun.

5. koordinat belirleme sistemi kurma

1. İki Pirometre kanallar (488 nm HBS ve 650 nm sıcaklık analizleri için) için bir osiloskop bir analog/dijital (AD) dönüştürücü olarak hareket.
2. 5.1 spectro Pirometre için yineleyin.
   Not: kanalları, çok sayıda nedeniyle, spectro Pirometre kendi satın alma birimi ile donatılmıştır. Bu dışarıdan osiloskop gelen bir sinyal ile tetiklenebilir.
3. Yüksek güçlü lazer potansiyometre Pirometreler olarak aynı osiloskop ile bağlayın. Osiloskop en az üç giriş fişleri bulunduğundan emin olun. Aksi takdirde, ek bir aygıt bağlamak ve synchronize onları.
4. Osiloskop parametreleri (satın alma pencere genlik, mahsup ve süpürme süresi) Pirometre gelen deneysel verilere doğru ve tamamen kaydedilebilir şekilde ayarlayın. Osiloskop ekranında verileri doğru şekilde kaydedilir ve her deneyden sonra kaydedilen işaretleyin.
5. Koordinat belirleme sistemi için uygun bir tetikleyici ayarlayın. Örneğin, tetikleyici osiloskop lazer potansiyometre gelen sinyal ilk yüksek güçlü nabız başlangıcı için karşılık gelen belirli bir eşiğe, trespasses örnek için gönderilen ve osiloskop yazılım yardımıyla ayarlayın.
   1. Osiloskop tetiklenir gibi lazer potansiyometre ve iki Pirometre kanal gelen sinyalleri kaydetmeye başlar ve aynı zamanda spectro Pirometre edinme tetikleyen bir sinyal gönderir, doğrulayın.
6. Osiloskop bir PC'ye bağlayın. Kaydedilen yoğunluğu zaman karşı sıcaklık eğrileri (yerlerde) PC ekranda direkt olarak çizilebilir yazılım kalibrasyon denklemler 2, 3 ve 4 doğrudan ekleyin.

6. lazer Isıtma çekim

1. Bir lazer-Isıtma programı kurabilirsiniz. Mümkünse, yapmak için lazer bağlı bir PC'den doğrudan.
2. Ateşe dayanıklı materyaller için 2500 K erime, lazer programının başına ön ısıtma aşamada ayarlayın. Bu 10-30 kalıcı bir yavaş-Isıtma aşaması oluşur s, hangi sırasında örnek bir düşük lazer güç yoğunluğu (yaklaşık 50 W cm^-2) ile ısıtılan kadar sıcaklık 1.500 ve 2.000 K. arasında sürekli bir düzeyde stabilize
   Not: Ön ısıtma sahne hangi kolayca çatlamak ve 2500 K üzerinde Oda sıcaklığından başlangıç için doğrudan kovarsa örnek yok termal gerilmeler, azaltır. Ayrıca, bu örnek yüzeyden mümkün kirleri çıkarmak yardımcı olur. Erime deneylerin lazer için en iyi yaklaşım doğrudan deneyime dayalı kurulmuştur.
3. Ön ısıtma aşamadan sonra bir dizi örnek erime sıcaklık çok ötesinde Isıtma birkaç daha yüksek güçte lazer çekim ayarlayın. 3-4 atış, sonra geri oda sıcaklığına örnek serin olabilir döngüleri tanımlayın. Daha fazla çekim devam etmeden önce örnek koşullarını kontrol edin.
   Not: Örnek çok yoğun termal gerilmeler önlemek için iki çekim arasında oda sıcaklığında başa soğutmak için izin verilmemelidir. Gerekli gücü lazer nokta ve incelenen malzeme bağlı olarak değişir. Genellikle, UO₂gibi ateşe dayanıklı oksitler için yaklaşık 500 W cm^-2 güç yoğunlukları birkaç yüz MS malzeme yüzeyi eritmek yeterlidir.
4. Art arda gelen yüksek güçlü lazer bakliyat süresi (ve ilgili güç yoğunluğu) darbe uzunluğu mümkün bağımlılığını gözlenen termal tutuklama sıcaklıklar denetlemek için ms birkaç onlarca ve birkaç s arasında değişmektedir. Bu şekilde, faz geçişleri termodinamik denge Isıtma/soğutma döngüsü sırasında oluşup oluşmadığına doğrulayın.
   Not: Daha kısa darbeleri ile hiçbir termodinamik denge koşulları sağlanmış olur, sıvı kütle artık devam çünkü uzun bakliyat kaçınılmalıdır ise capillarity tarafından örnek yüzeye ve düşerek, örnek zarar kapsama (tutucu ve basınçlı kap).
5. Lazer-Isıtma deneyler sırasında ana laboratuvar yüksek güçlü lazer radyasyon durdurmak kaplı koruyucu windows tarafından ayrılmış bir kontrol odasında kal.
   Not: deneyci varlığı ana laboratuvarda sırasında lazer atış gerekiyorsa, bu koruyucu gözlük için zorunludur.
6. İlk lazer ışını bir grafit emici vurarak set-up lazer programı düzgün çalıştığını doğrularsınız. Bu test de Adım 5.5 düzenlenmiş tetik sisteminin işlevi doğru olup olmadığını denetlemek için kullanın.
7. Tüm denetimleri başarılı olursa, kırmızı pilot lazer devre dışı bırakmak ve yüksek güç denge aletinin üstüne geçiş.
8. Tüm emniyet şalterleri yayın ve örnek üzerinde lazer ışınlama programını başlatın.
9. Lazer-Isıtma ve soğutma çevrimleri (genellikle ön ısıtma sahne artı üç ya da dört yüksek güçlü bakliyat) sonunda, örnek, bu tamamen veya kısmen erimiş, çeliklerini, kırık, hala bozulmamış olduğunu belirten, vb görünümünü doğrulayın.
10. Hala sağlam bir örneğiyse, üzerine birkaç lazer-Isıtma döngü tekrar ve sonuç tekrarlanabilirlik için kontrol edin.
    Not: başarılı durumda, 40'ın üzerinde çekim aynı örnek üzerinde tekrar edilebilir. Böyle büyük veri tedavi edilebilir, verimli ortalama değerler aşaması için ölçüm belirsizlik bir ses istatistiksel analiz tarafından desteklenen Puan geçiş.

7.Veri analizi

1. Nitel thermogram analizi
   1. Pirometre tarafından kaydedilen özelliklerinin deneysel yerlerde (lazer atış başına bir adet) ve kalitesini kontrol edin. Ulaştığı maksimum sıcaklık yeterince yüksek olsaydı, termal tutuklamalar katılaşma için karşılık gelen yerlerde soğutma parçalar üzerinde göründüğünü doğrulayın.
      Not: Benzer termal tutuklamalar genellikle hızlı lazer Isıtma erime entalpi daha fazla enerji sağlar ve termodinamik denge koşulları bu deney¹¹ kısmında fark çoğunlukla değil çünkü Isıtma Açıl zor görünür .
   2. Maksimum sıcaklık çok düşük olsaydı, daha yüksek güç darbeleri ile lazer-Isıtma döngüsünü tekrarlayın.
   3. Eğer yerlerde çok düzensiz ya da anormal yeni bir örnek üzerinde lazer-Isıtma/soğutma çevrimleri tekrar (Örneğin, belirgin Isıtma ve soğutma örnek lazer bakliyat takip), bu durumda, örnek muhtemelen kırdı, kırık veya buharlaşmış deneme sırasında.
2. Emissivite analizi
   1. Gerçek örnek sıcaklık yerlerde elde etmek için spectro Pirometre veri yardımı ile örnek NSE kurmak.
   2. Ham spectro-Pirometre verileri radiance spectra adım 1.4.11 açıklandığı gibi dönüştürmek.
   3. Bir iyi kurulmuş sıcaklık noktası T * (Örneğin, bir referans eutectic noktası [Ref. ZrC-C]) incelenen sistemi bulunmaktadır ve geçerli deneyde ölçülür, sonra NSE doğrudan gerçek vücuttan radiance spectra L edinin_{λ, rb} üzerinde karşılık gelen termal tutuklama ölçülür. Termal tutuklama gerçekleştiği gerçek sıcaklık T * bilerek, radiance L_{λ, rb} ile denklem 1 hesaplayın. Bu durumda, emissivite doğrudan doğruya--dan onun tanımı olarak elde edilir:
      Denklem 9.
   4. Hiçbir kurulan sıcaklık noktaları kullanılabilir, radiance spectra NSE ε_λ ve sıcaklık T denklem 1 ücretsiz parametre olarak alarak L_{λ, rb}, uygun. O zaman, emissivite ve sıcaklık tüm boyutları uygun en iyi değerler elde edilir.
      Not: Bu yordam sayısal olarak gri gövde varsayım (emissivite çoğunlukla bu çalışmada araştırılan malzemeler için doğrudur dalga boyu bağlı değildir Eğer geçerliYani ) ise doğrudur. Aksi takdirde, daha fazla emissivite dalga boyu bağımlılığı varsayımlara ε_λ edebiyat veri yardımı ile parametrik bir bağımlılık λ üzerinde tahmin etmek için ihtiyaç vardır.
   5. ε_λ belirlendikten sonra onun değerini 650, çarpın nm basınç gemi optik geçirgenliği tarafından (ve varsa, torpidoda) pencere 650 nm (pencere tedarikçi tarafından sağlanan) ve yerine bu denklem 3. Bu şekilde, gerçek sıcaklık yerlerde Pirometre ölçümler elde etmek.
3. Faz geçiş çalışma
   1. Geçiş noktaları hangi termal tutuklama veya çekimleri sıcaklıklarda olarak gerçek sıcaklık yerlerde soğutma kanadını içinde ortaya faz tanımlayın.
   2. İlk lazer-Isıtma deneyler ateşe dayanıklı materyaller, erime noktaları ve iyi kurulmuş (Örneğin, molibden, tungsten, ZrC veya UO₂) olan NSE değerleri üzerinde gerçekleştirmek. Bu iyi işleyen bir ses testi ve yönteminin doğruluğunu sağlayacaktır.
      Not: denge olmayan olayları çok belirsiz yorumlama sonucu olabilir gibi Isıtma üzerinde herhangi bir yerlerde kanattan Eğer analiz mümkün çekimleri dışarıda bırakın.
   3. Aynı anda görüntülenen ile gerçek sıcaklık yerlerde HBS sinyal karşılaştırın. Örnek yüzeyinde yeni aşama başlangıçlı salınımlar ve çekimleri nerede buna bağlı olarak görüneceğini HBS yardımıyla tanımlayın.
   4. Faz geçiş sıcaklıkları aynı faz geçişleri ile ilgili nihai NSE değişikliklerle Pirometre tarafından kaydedilen karşılaştırın.

8. örnek kurtarma

1. Otoklav basıncı serbest bırakmak ve atmosferik basınç için stabilize.
2. Otoklav açın ve erimiş ve refrozen örnek yanı sıra kapalı düşmüş mümkün parçaları kaldırın. Muhtemelen buralarda sonrası malzeme karakterizasyonu eritme için kullanın.
3. Otoklav dikkatle, temizleyin özellikle optik windows, doku ve etanol yardımıyla.
4. Örnekleri ve yeterli kaplarda parçaları toplamak. Son derece radyoaktif örnekleri ile torpido çalışma durumunda kaplar bir kurşun kutusunun içine yerleştirir.

Representative Results

Şekil 3 görüntüler gerçek sıcaklık yerlerde uranyum dioksit çeşitli oksidasyon düzeyleriyle ölçülür (UO_{2 + x} 0 ile < x < 0.21)². Uranyum dioksit geçerli NPP en yaygın yakıt temel bileşenidir. Onun oksidasyon çeşitli oksijen hiper-stoichiometry seviyeleri normal ve normal dışı reaktör koşulları¹²' oluşabilir. Geçerli yöntemiyle bu UO₂ oksidasyon kendi erime/sertleşme noktası dramatik bir düşüş neden olabilir 700 K. tarafından gösterildi Bu durumda, bir oldukça yüksek inert gaz basıncı (tam olarak 10 MPa) altında son derece uyumlu buharlaşma yüksek sıcaklıklarda bastırmak için yapılacak deneyler vardı.

Şekil 3: Yerlerde lazer ısıtmalı stokiometrik ve hyperstoichiometric uranyum dioksit örnekleri üzerinde ( ²' den sonra) ölçülür.
Bir örnek çift-pulse lazer profil grafikte gösterilir. Yerlerde bazı UO_{2 + x} besteleri için kaydedilir. Katılaşma tutuklamalar önemli ölçüde farklı sıcaklıklarda ve U-O sistemdeki erime/donma sıcaklığı ve katılaşma dinamikleri evrimi ortaya örnek kompozisyon bağlı olarak farklı özellikleri ile ortaya çikmaktadir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 4 Pirometre (düz çizgi) ve oksitleyici bir atmosfer (0,3 MPa, basınçlı hava) altında ısıtmalı bir plütonyum dioksit örnek lazer kaydetti spectro Pirometre yerlerde gösterir. Ayrıca, PuO₂ bir temel nükleer yakıt bileşenidir. Aynı şekilde, farklı sıcaklıklarda spectro Pirometre tarafından ölçülen iki parlaklık spectra de insets deneysel veriler ve karşılık gelen T ve ε_λ değerleri eğrileri ile birlikte görüntülenir. Sayesinde bu da çalışmanın, sıcaklığı erime/dondurma PuO₂ 3,017 K ± 28 K, 300 K daha yüksek daha önce daha geleneksel Isıtma yöntemleri tarafından belirtilen yeniden değerlendirmeye. Bu yöntemleri kesinlikle örnek ve içerik, büyük ölçüde mevcut uzak Isıtma yaklaşımı ile çözülmüş bir sorun geniş yüksek sıcaklık Hofstede tarafından etkilenen sonuç vermedi.

Şekil 4: Erime noktası ısıtmalı bir plütonyum dioksit örnek lazer üzerinde yerlerde ölçülen.
Ana grafik: Siyah düz çizgi ve tam siyah daireler hızlı Pirometre ve çoklu dalga boyu spectro-Pirometre, tarafından kaydedilen sırasıyla oksitleyici bir atmosfer altında bir PuO₂ örneği yerlerde temsil eder. Beyaz daireler Planck'ın aydınlık Kanunu¹²verilerle deneysel radiance yaklaştırarak elde spektral emittance değerleri temsil eder. İki insets kaydedilen örnek spectra (siyah daireler) göstermek ve (kırmızı düz çizgiler) sıvı ve dondurucu PuO₂, sırasıyla, gri gövde varsayım içinde monte. Bu araziler parlaklığı M_λ basitlik uğruna ilk radyasyon sürekli c₁ için normalleştirilmiş. Ana thermogram 0.83 bir ortalama sabit emittance kullanarak elde edildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 5 UO₂ ve ZrO₂ farklı atmosferler altında karışımı üzerinde gerçekleştirilen lazer-Isıtma bir dizi gösterir. Bu test bir NPP bir kaza sonucu sıcaklık gezi durumunda üretilen koşullardan temsilcisidir. Eğer deneyler argon içinde yürütülen erime/sertleşme noktası birbirini izleyen birkaç kadeh bir şey yinelenebilir sıcaklıkta oluşur. Öte yandan, lazer-Isıtma döngüleri basınçlı hava içinde gerçekleştirilmesi durumunda erime/katılaşması sıcaklık azaltmak lazer birkaç kadeh. Bu, ikinci durumda, gösterir örnek giderek lazer-Isıtma tedaviler sırasında okside. Ayrıca, karışık UO₂durumunda - ZrO₂ oksitler, erime noktası depresyon oksijen hiper stoichiometry koşullarda oluşur.

Şekil 5: Yerlerde karışık UO₂- ZrO₂ örnekleri basınçlı argon ve hava ölçülür.
Eğer deneyler argon (siyah yerlerde) yürütülen erime/sertleşme noktası birbirini izleyen birkaç kadeh iyi tekrarlanabilir bir sıcaklıkta oluşur. Öte yandan, lazer-Isıtma döngüleri basınçlı hava (yeşil yerlerde) gerçekleştirilmesi durumunda erime/katılaşması sıcaklık azaltmak lazer birkaç kadeh. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Başka bir örnek başka bir tür malzeme uranyum dicarbide ilgilendiriyor. Bu potansiyel olarak daha yüksek sıcaklıklarda çalışma ve önemli ölçüde bir erime kaza riskini azaltır nükleer yakıt, alternatif bir kavramı için olası bir malzeme olarak öngörülmektedir. Karbon (sözde UC_2.8) büyük bir fazlalığı içeren yeni bir kompozisyon geçerli yaklaşım¹⁴ile ilk kez araştırılmıştır. Bu durumda, ± 20 K, 27,37 K kurulan UC₂- C eutectic sıcaklık, kübik tetragonal (α→β) katı hal sabit 2.050 K ± 20 K. geçiş, birlikte bir aydınlık referans olarak kullanılmıştır Karbon daha zengin bileşik NSE ilâ 0,7 650, artırmak için ölçüldü nm, oysa ε_λ 0,53 = değer saf uranyum dicarbide eutectic bölge limitte için kurulmuştur. Bu artış fazla karbon demixing ışığında analiz ve liquidus sıcaklık (3,220 ± 50 K için UC_2.8) belirlenmesi için kullanılır. Hızlı katı hal difüzyon, tarafından kübik tetragonal geçiş, aynı zamanda teşvik nedeniyle bir lamel eutectic yapısı izi yok oda sıcaklığına Şoklama sonra gözlenen. Eutectic yüzey C/UC_2-x kompozisyon niteliksel, ama sürekli olarak, kaydedilen radiance spectra yardımı ile soğutma işlemi sırasında şekil 6'da gösterildiği gibi takip edilebilir bir ve b.İlginçtir, geçerli NSE analiz sıvı faz dış sıvı yüzeyinin neredeyse tamamen uranyum dicarbide oluşturdu ise, o hızla dondurma üzerine demixed karbon zenginleştirilmiş, gösterdi. Demixed karbon hızlı bir şekilde daha fazla soğutma sırasında doğru iç toplu göç gibiydi. α→β geçiş uranyum dicarbide tekrar hemen hemen tüm dış yüzeyi kapsamaktadır. Tüm bu ayrıntıları çok yüksek sıcaklık malzeme davranışları üzerinde bileşik kontrolsüz sıcaklık artışı reaktör çekirdek durumunda bu tür analiz için gereklidir. İse onlar için diğer deneysel soruşturma tekniği çok az erişilebilir olacak sadece parlaklık spektroskopi analiz bazında sonucuna.

Şekil 6: Bir UC_2.8 örneği, basınçlı argon-¹⁴thermogram ve parlaklık spectra ölçülür.
bir) bir thermogram soğutma sahne bir UC_2.8 örneğin kaydetti. Tam daire hangi tarafından spectro Pirometre radiance spectra kaydedildi zaman Puan tanımlayın. b) dört parlaklık spectra örnekleri farklı sıcaklıklarda kaydetti. Diğer üç şekil 5a'görünür termal tutuklamalar karşılık ise onlardan biri içinde sıvı UC_2.8, kaydedildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Discussion

Burada sunulan lazer-Isıtma radyasyon spektroskopi tekniği ateşe dayanıklı materyaller^{15, 16}çok yüksek sıcaklık ve erime davranışını incelenmesi için yenilikçi ve etkili bir yöntem olarak kabul edilmektedir. Uzak ve neredeyse konteyner-az doğası sayesinde, burada sunulan örnek sonuçları tarafından gösterildiği gibi radyoaktif nükleer malzemelerin deneysel çalışma ve çekirdek meltdown NPP, kazalarda simülasyonu için özellikle uygun olur.

Değerlendirirken deneysel veriler geçerli yöntemi ile elde ederken, bir hiç şüphe yok ki faz geçişleri deneysel noktalarına doğru ataması konusunda dikkatli olmalıdır. Aslında, çok yüksek sıcaklıklarda malzeme Kinetik-ebilmek var olmak son derece hızlı ve birkaç denetim zor olaylar oluşabilir, uyumlu olmayan buharlaşma, segregasyon, bileşik ayrılma, vb gibi. (İndüksiyon fırınları gibi) daha geleneksel Isıtma yöntemleri ile karşılaştırıldığında gösterdiği gibi bu tür olayları mümkün oluşumunu hızlı bir Isıtma ve soğutma tekniği gibi geçerli bir kullanımını haklı. Öte yandan, şüpheler termodinamik denge koşullar mevcut Isıtma koşulları altında etkili sabitleme hakkında ortaya çıkabilir. Yordam bölümünde açıklandığı gibi bu koşullarda termal döngüsü hızlı lazer-Isıtma parçası sırasında garanti edilemez. Ancak, termodinamik denge koşulları kesinlikle soğutma sahneye üretilmektedir. Bu deyim geçerli deneyler simüle bilgisayar kodları Yardımı ile doğrulanmış ve denge yakınındaki kitle ve ısı Difüzyon yerel faz geçişleri¹¹huzurunda dayalı. Yine de, termodinamik denge koşulları her zaman çapraz-deneysel, genellikle iyi biçilen ölçerek denetlenmesi geçiş sıcaklıklarda referans olarak alınabilir bileşikleri faz. Bu W, Mo (1990^17,18,19uluslararası sıcaklık ölçeğini ikincil referans sıcaklık tavsiye edilir), UO₂erime/katılaşma noktaları ile mevcut çalışma gerçekleşmiştir, ve ZrC-C eutectic⁹. Böyle referans noktaları ölçme da doğruluk ve belirsizlik mevcut yaklaşım değerlendirmek için gereklidir.

Aşırı koşulları ve lazer-Isıtma deneylerde üretilen olayları göz önüne alındığında, bir kesin belirsizlik analizi üretilen veri kullanılabilirliği için her şeyden önemlidir. Başarılı ölçüm kampanyalar için geçerli aşamayı geçiş sıcaklığı verileri etkilemeden toplu belirsizlik ±1% 2 standart sapma kapsama faktörü (% 95 güven) mutlak sıcaklık için tutar. Böyle belirsizlik bantları nerede, örneğin, uyumlu olmayan buharlaşma gerçek örnek kompozisyon kontrol edilemez bir şekilde deneyler sırasında değişebilir karmaşık malzemeler için daha büyük hale gelebilir. Böyle belirsizlik kalibrasyon prosedürü, NSE belirlenmesi, örnek istikrar (Yani, tekrarlanabilirlik, art arda gelen lazer çekim, deneysel faz geçiş sıcaklığı üzerinde), vb nedeniyle hataları dikkate almak zorundayım. Belirsizlik analizi PuO erime/donma noktası₂ için bir örnek tablo 1'de bildirilmektedir. Çeşitli belirsizlik katkıları bağımsız ve hata yayılma Kanunu³göre kombine olarak kabul edilebilir.

Tablo 1: PuO erime/donma noktası₂ için belirsizlik analizi örneği (başvuru^13).
Anlam ve c₂ değeri rapor açıklamaları içeren giriş bölümünde denklem 1 '. Δε_λ burada iki standart sapma etrafında gri gövde varsayım içinde deneysel radiance spectra yaklaştırarak ε_λ için alınan ortalama deneysel değeri simgeler. δt_c ve δT_d iki standart sapma ortalama standart lamba ekstrapole sıcaklık eğrisi ve ortalama deneysel katılaşması sıcaklık değerini sırasıyla temsil eder.

Mevcut deneysel yaklaşım üzerinde bazı iyileştirmeler yapılabilir. Özellikle, kütle spektrometresinde karmaşık boru sistemi ile basınç gemi bağlantı algılama en az nitelik, sıcak malzeme tarafından yayımlanan buharı tüy mevcut türlerin izin verir. Ayrıca, bir ısı kamerası uygulanması sıcaklık dağılımı iki boyutlu çalışma için sıcak örnek yüzey üzerinde mümkün inhomogeneities ve segregasyon etkileri algılamak için öngörülen. Son olarak, geçerli cihazın inşa emniyet sistemi gelişmeler öngörülen. Aslında, burada kullanılan geçerli pleksiglas eldiven kutusuna uranyum ve gerçeği o etkili α radyasyon blokları sayesinde Transuranyum öğeleri gibi son derece radyoaktif malzemelerin incelenmesi uygundur. Ancak, bu kalkan gerçek radyoaktif nükleer yakıt bulunan izotoplar gibi güçlü γ yayıcılar incelenmesi için yeterince güvenli değildir. Bir kurşun duvarlı hücreyi de dahil olmak üzere yeni bir tesis gerçek NPP geliyor harcanmış nükleer yakıt çalışma için öngörülen.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Two-channel fast pyrometer	Assembled privately		Fast pyrometer. Photodiode detectors at 650 nm and 488 nm, assembled with focussing objective and fast logarithmic amplifier.
Laser TRUMPF HLD4506, TRUMPF,	TRUMPF Schramberg, Germany	HLD4506	Heating agent
CDI spectrometer	CDI	Optical Spectrograph card, 256 channels	Multi-wavelength spectro-pyrometer array
Ar+ laser	Ion Laser Technology	5500A-00	0.75 W RLS laser
Oscilloscope NICOLET	NICOLET, Madison, Wi, USA	Pro 44C Transient Digitizer	AD converter, data acquisition system
SETNAG Oxygen analyser	SETNAG, Marseille, France	JC24V-M	ZrO2 electrochemical cell for oxygen analysis in the autoclave
Blackbody source	POLYTECH CI Waldbronn, Germany	Customized	Black body source for spectro-pyrometer calibration
Standard calibration lamps	POLARON, Watford, UK	P.224c and P213c	Lamps for pyrometer and spectro-pyrometer calibration