Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

Laser-oppvarming og utstråling massespektrometri for studier av kjernefysisk materiale i forhold simulere en kjernekraftverk ulykke

Published: December 14, 2017 doi: 10.3791/54807

Summary

Vi presenterer eksperimenter som virkelig kjernefysisk drivstoff, kledning containment materialer er laser oppvarmet til temperaturen utover 3000 K mens deres atferd er studert ved utstråling spektroskopi og termisk analyse. Disse eksperimentene simulere, i laboratoriet skala, dannelsen av en lava-fase etter en kjernefysisk reaktor kjernen meltdown.

Abstract

Store og alvorlige ulykker har skjedd tre ganger i atomkraftverk (NPPs), på Three Mile Island (USA, 1979), Tsjernobyl (tidligere Sovjetunionen, 1986) og Fukushima (Japan, 2011). Forskning på årsaker, dynamikk og konsekvensene av disse mishaps er utført i noen laboratorier over hele verden i de siste tre tiårene. Felles mål for slike forskningsaktiviteter er: forebygging av disse typer ulykker, både eksisterende og potensielle nye atomkraftverk; minimering av sine eventuelle konsekvenser; og til slutt, en full forståelse av den reelle risikoen forbundet med NPPs. På den europeiske kommisjonen felles Forskningssenters Institute for transurane elementer brukes en laser-oppvarming og rask utstråling spectro-pyrometry anlegg for laboratoriet simulering, på en liten skala, av NPP kjernen meltdown, den vanligste typen alvorlig ulykken (SA) som kan oppstå i en kjernefysisk reaktor av en svikt i kjølesystemet. Denne simuleringsverktøy tillater rask og effektiv høy temperatur målinger på ekte kjernefysisk materiale, for eksempel plutonium og mindre antatt sølvhvit inneholder fisjon drivstoff eksempler. I denne forbindelse, og i dens evne til å produsere store mengder data om materialer under ekstreme forhold, er dagens eksperimentelle tilnærming så absolutt unikt. For nåværende og fremtidige konsepter av NPP, eksempel resultatene presenteres på smeltende oppførselen til noen ulike typer av kjernefysisk brensel: uran-plutonium oksider, karbider og nitrider. Resultatene på høy temperatur samspillet av oksid brensel med containment materialer også kort vises.

Introduction

Selv om kjernefysisk fisjon bredt presenteres som en lovende store, nesten uuttømmelig energi, er fortsatt det full offentlig aksept stoppet av noen sikkerhet, sikkerhet og beskytte risiko. Den eksperimentelle tilnærmingen presentert i dette arbeidet tar sikte på noen grunnleggende materialkunnskap spørsmål knyttet til en av disse risikoene, forekomsten av alvorlige ulykker (SAs) fører til kjernen meltdown i et kjernekraftverk (NPP). Dette kan resultere i en utgivelse svært radioaktivt materiale i miljø, med alvorlige konsekvenser, både for menneskers helse og landets økonomi. Major SAs av denne typen har skjedd tre ganger i NPPs, på Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (tidligere Sovjetunionen, 1986) og Fukushima (Japan, 2011). Derfor NPP SAs er fokus for betydelig forskning i noen anlegg over hele verden, omfatter mange utfordrende fenomener og komplisert ved svært høye temperaturer (ofte overstiger 3000 K) og tilstedeværelsen av radioaktivt materiale.

Dette scenariet krever et nyere direktiv av Europarådet1 EU-land til å gi den høyeste prioriteten til atomsikkerhet i alle stadier av livssyklusen til et kjernekraftverk. Dette inkluderer gjennomføre sikkerhetsvurderinger før byggingen av nye atomkraftverk og sørge for betydelig sikkerhet forbedringer for gamle reaktorer.

I denne sammenheng en kontrollert-atmosfære, laser-oppvarming og rask utstråling spectro-pyrometry anlegget2,3,4 er implementert på Europakommisjonens felles forskningssenter Institutt for Transurane elementer for laboratoriet simulering, på en liten skala, av NPP kjernen meltdown. Begrenset utvalgsstørrelsen (vanligvis på en cm og 0,1-g-skala) og høy effektivitet og ekstern natur laser oppvarming, denne tilnærming tillater rask og effektiv høy temperatur målinger på ekte kjernefysisk materiale, inkludert plutonium og mindre antatt sølvhvit inneholder fisjon drivstoff prøver. I denne forbindelse, og i dens evne til å produsere en stor mengde data om materialer under ekstreme forhold, er det aktuelle eksperimentelle metoden anerkjent over hele verden som unik. Andre komplementære undersøkelse teknikker basert på induksjonsoppvarming har faktisk vist lider rask høy temperatur samspillet mellom sample materiale og oppdemning5. Dessuten, hvis slike teknikker tillater og hovedsakelig må større mengder materiale for analyse, er de mindre egnet enn nåværende metode for etterforskningen av ekte kjernefysisk materiale, høy radioaktivitet og begrenset tilgjengelighet av prøvene.

De gjeldende eksperimenter (schematized i figur 1), er en prøve, montert i en kontrollert-atmosfære autoklav i en α skjermede hanskerom, oppvarmet med en 4.5-kW Nd:YAG CW laser.

Figure 1
Figur 1: Laser-oppvarming og utstråling spectro-pyrometry eksperimentelle set-up.
Prøven er fast med grafitt (eller tungsten eller molybden) skruene i en gass-tette fartøy under en kontrollert atmosfære. Bildet i hjørnet nederst til venstre viser, som et eksempel, en PuO2 disk fast med grafitt skruer. Hvis prøven er radioaktive, skal fartøyet monteres inne en alpha-tett hanskerommet. Prøven er oppvarmet med en 4.5-kW Nd:YAG laser på 1,064 nm. En rask to-kanals pyrometer brukes for eksempel temperaturen og reflektert signalet fra en lavere strømforbruk Ar+ laser. En tregere flerkanals spectro-pyromenter er ansatt i situ analyse av optiske egenskaper av hot prøven. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Stråling pyrometers måle den prøven utstråling Lex. Dette er elektromagnetisk stråling tetthet per enhet overflaten, bølgelengde og solid vinkel fra prøven på en gitt temperatur6. Det er knyttet til eksempel overflate temperatur T gjennom en modifisert Planck-funksjon:

Equation 1

hvor er strålingspådrivet makt, ελ er den spectral energisparing, c1 = 2· h· c0 2 er det første stråling konstant, c2 = h· c0/kB = 14,388 µm· K er andre stråling konstant, c0 er hastigheten til lys i vakuum, h er Planck's konstant og kB ladninger. Spectral energisparende tar hensyn til det faktum at en ekte kropp vil avgi, på et bestemt bølgelengde og temperatur, bare en brøkdel lik makt slippes ut av en ideell blackbody ved samme temperatur. Derfor tar verdier mellom 0 og 1, 1 tilsvarer ideelle blackbody tilfelle for hvilke Planck loven var avledet. Siden pyrometers i dette arbeidet var alltid sette opp nær normal med hensyn til utvalg overflaten vinkel avhengigheten av ελ var ikke vurdert og "energisparende" vil alltid se normal spectral energisparende (NSE). NSE må bestemmes for å konvertere, gjennom Formel 1 og en pyrometer kalibreringsprosedyren, Lex i minimumstemperaturen T.

Temperaturen på prøven oppdages ved hjelp av en rask pyrometer kalibrert mot standard lamper til 2500 K på λ = 655 nm og. En ekstra 256-kanals utstråling spectro-pyrometer fungerer mellom 515 nm og 980 nm var ansatt for studier av NSE (ελ) av utvalget. Fastsettelse av NSE er mulig ved å fylle ut en ikke-lineær tilpasning av termisk utslipp spektrum Formel 12, 3 T og ελ blir bare to gratis parameterne. Denne tilnærmingen har vist seg for å være akseptabelt nøyaktig i ildfaste materialer7 som vanligvis finnes i en NPP, som NSE kan antas for å være bølgelengde-uavhengig (grå kroppen hypotese) på en rekke spectral. Når temperaturen på prøven laser-oppvarmet måles riktig som en funksjon av tid, kan termisk analyse utføres på resulterende temperatur-tid kurven (thermogram).Inflections eller termisk arrestasjoner i thermograms gi informasjon relatert til fase overganger (solidus, liquidus og isotermiske fase transformasjoner). Videre, foruten å være nødvendig for NSE besluttsomhet, tillater direkte spektral analyse av den utstråling Lex fra hot prøven også en i situ studie av noen optiske egenskaper av studerte overflaten. Dette utgjør en annen støtte verktøyet for identifikasjon av høy temperatur fenomener, som fase overganger, kjemiske reaksjoner mellom kondensert materialer og gassfase, eller segregering effekter. En ekstra teknikk kalt reflektert lyssignal (RLS) analyse2, 3 brukes til å bekrefte fase overganger. Det er utført ved hjelp av den andre kanalen pyrometer innstilt til en lav-effekt (1 M) Ar+ laser (λ = 488 nm). Denne kanalen oppdager laserstrålen fra Ar+ hulrom og reflektert av prøven overflaten. En konstant RLS signal indikerer en solid overflate, mens tilfeldige svingninger vises etter smelter på grunn av overflatespenningen-indusert vibrasjoner på flytende eksempel overflaten.

Generelt, vannkjølt reaktorer med fast brensel elementer, den vanligste typen NPP, har fire påfølgende barrierer for å sikre kontroll av radioaktivitet8. Det første hinderet er at drivstoff pellets, takket være krystallstrukturen og mikro-makroskopisk porøsitet, kan holde solid fisjon produktene og en del av de flyktige. Generelt plasseres hele drivstoff elementet i en metallisk (Zircaloy eller stål) kledning som fungerer som den andre fasen beskyttelse. Ved feil av kledningen er tredje barrieren hele NPP indre fartøyet, generelt begrenset av en stål vegg som er noen cm tykk (primære system). Endelig er kontroll bygge (m tykke betong) siste sikkerhetsbarriere før utslipp i miljøet.

Ved feil av vannet kjølesystem, kan en NPP SA skje, fører til overoppheting og meltdown. Overoppheting er utgangspunktet fisjon varme. Men i fravær av kjøling, kan overoppheting også fortsette lenge etter avslutningen av kjernefysiske kjedereaksjoner, på grunn av gjenværende forfall varme fisjon og andre svært radioaktive arter i kjernefysiske kjernen rusk. Generelt, starter kjernen smelte fra den sentrale delen av drivstoff elementet, med mindre lavere-smeltende forbindelser (muligens eutectics) er dannet i grensesnittet mellom drivstoff og kledning. Det første målet for dagens forskning består av etablere om slike lavere-smeltende forbindelser kan dannes i ekte drivstoff-kledning systemer, og i dette tilfellet hva det resulterende smelter temperatur depresjon skulle. For å besvare dette spørsmålet, bør smeltende virkemåten til ren og blandet forbindelser først tungt vurderes, som derfor utgjør en viktig mål av nåværende tilnærming. Hvis drivstoff og kledning smelter sammen, den flytende massen raskt faller til bunnen av primære fartøyet og starte reagerer med stål veggen og gjenværende vann og damp, hvis noen. På dette stadiet, stål kan også være smeltet sammen med drivstoff/kledningen hot blanding. Den resulterende væsken lava som kalles "corium". Denne varme, svært radioaktive blandingen kan diffus utenfor primære kontroll hvis stål veggen er smeltet gjennom og ende opp reagerer selv med betong utgjør de fleste eksterne barrieren. Forhøyet varmen og den høye reaktivitet av artene i corium kan føre til vann dissosiasjon og produksjon av hydrogen. Dette kan resultere i en ytterligere risiko for steam og hydrogen eksplosjoner (jf SAs på Three Mile Island og Fukushima), tunge oksidasjon, eller (mindre sannsynlig) hydrering av corium masse og NPP strukturelle materialer. Aktuelle eksperimentelle metoden tillater separasjon og eksperimentelle analyse av mange komplekse mekanisk-mekanismer knyttet til beskrevet hendelsesforløpet. Foruten nevnte ren komponenten smelter analyse og drivstoff-kledning interaksjon, flere høy temperatur interaksjon mekanismer kan undersøkes i forenklet systemer, slik som mellom Pu inneholder drivstoff og stål, mellom drivstoff og betong, etc. Corium formasjon kan potensielt bli studert i nærvær av ulike atmosfærer (inert gass, luft, spor av hydrogen eller damp), produsere viktig referansedata for en omfattende forståelse av SAs.

Den nåværende tilnærmingen, spesielt egnet for laboratoriet undersøkelse av høy-smeltende materialer, har også vært ansatt for vellykket analyse av andre, mer innovative kjernefysisk brensel (basert, for eksempel på uran karbider eller nitrider) og andre ildfaste forbindelser, som zirkonium9, tantal og hafnium karbider, metallisk superalloys, kalsiumoksid10, etc.

Protocol

1. pyrometer og spectro-pyrometer kalibrering

  1. Referanse standard lamper
    1. Bli sertifisert, kalibrert standard lamper fra den nasjonale Standard laboratorier.
      Merk: Begge lamper brukes her var nøyaktig kalibrert på 650 nm ved en av de tyske standardreferanse institusjonene, PTB (Physikalisch Technische Bundesanstalt, 2010).

Figure 2
Figur 2: Blackbody kilde og standard lyskilde brukes for kalibrering av den nåværende pyrometer og spectro-pyrometer.
I kalibreringsprosedyren, er pyrometer eller spectro-pyrometer visuelle feltet fokusert på den standard lyskilden (blackbody eller lampe), som er oppvarmet til en kjent temperatur (og derfor avgir en kjent utstråling) for en gitt strømstyrke. Kalibrering ligninger er oppnådd ved å montere eksperimentelle tomter spenning signaler gitt av de pyrometer eller spectro-pyrometer stråling detektorer som en funksjon av lyskilde temperaturen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

  1. Pyrometer kalibrering
    1. Kalibrere pyrometer kanalen nær 650 nm med to tungsten båndet lamper, den første for temperaturområdet mellom 1100 K og 1800 K og andre mellom 1800 K og 2500 K (figur 2).
    2. Juster pyrometer til lampen filament og p (figur 2).
    3. Registrere pyrometer intensitet på ulike nominell lampe temperaturer, etter kalibrering arket av PTB.
    4. Tegne eksperimentell pyrometer intensitet som en funksjon av inverse lampe temperaturer.
      Merk: Pyrometer er utstyrt med en logaritmisk forsterker. Resultatet trenden skal være lineær, minst for temperaturer over 1700 K. lineær montering av eksperimentelle poeng vil gi pyrometer kalibrering ligningen i skjemaet:
      Equation 2 Ligning 2
      hvor A og B er kalibrering konstanter som tillater konvertering av pyrometer på 650 nm i temperaturen.
    5. Løse andre kanal (photodiode) av den samme pyrometer på samme bølgelengde av sonden laser brukes for reflektert lys signal (RLS) analyse. I nå er, er dette en Ar+ 0,75 W cw laser stråler på 488 nm. Fastsette den pyrometer andre kanalen på 488 nm for at det skal fungere som et optisk filter for RLS.
      Merk: Siden RLS analysen er rent kvalitative, ingen kalibrering er nødvendig for denne andre kanalen.
  2. Utstråling temperatur
    1. Se at Tλ i ligningen 2 utstråling temperaturen målt ved pyrometer. Det er temperaturen tilsvarer eksperimentelle utstråling intensiteten hvis det var slippes ut av en ideell blackbody (ελ = 1 i Formel 1). I ekte prøver, er det relatert til den virkelige minimumstemperaturen formelen:
      Equation 3 Formel 3.
    2. Utlede formel 3 fra Formel 1 i tilnærmingen Equation 6 . Bestemme NSE for undersøkte materiale for å få sin virkelige temperatur gjennom spektral analyse utstråling intensitet (formel 1), registrert av en flerkanals spectro-pyrometer mellom 515 nm og 980 nm.
  3. Spectro-pyrometer kalibrering
    1. Kalibrere spectro-pyrometer's 650-nm kanal mot kanalen av lampe, følge samme fremgangsmåte forklart i trinn 1.2.1-1.2.3, ovenfor.
    2. Siden spectro-pyrometer ikke er utstyrt med en logaritmisk forsterker, men med en lineær, denne gangen plot logaritmen av eksperimentelle intensiteter (her uttrykt i teller) mot den nominelle lampe temperaturen for å få kalibreringen konstanter C og D for 650 nm kanalen:
      Equation 4 Ligning 4.
    3. Øke gjeldende oppvarming noen blackbody (figur 2) opp til et nivå der hulrommet blackbody er lysende nok å være synlig med det blotte øye. Deretter justere spectro-pyrometer målet til midten av hulrommet blackbody.
    4. Øke blackbody gjeldende til et nivå der spectro-pyrometer signalet, samtidig vises på en PC-skjerm, er intens nok til fullt ut dekker bakgrunnsstøy. Justere spectro-pyrometer integrasjon tiden for å optimalisere signal-til-støy-forhold. Tid-linearitet av spectro-pyrometer bør kontrolleres ved dens levering. Ta vare ikke for å mette spectro-pyrometer photodiodes.
    5. Blackbody temperaturen å stabilisere. Vent til blackbody slippes ut utstråling, og derfor spectro-pyrometer-signalet er stabil (vanligvis 10 til 20 minutter ved temperaturer rundt 1500 K).
    6. Registrere til utstråling spectra på full bølgelengdeområde spredt av enheten. Fylle minnebufferen helt (256 oppkjøp). Så, ta gjennomsnittlig intensitetsverdiene for hver kanal.
    7. Bruke intensiteten av kanalen kalibrert på 650 nm (trinn 1.4.1-1.4.2) å måle nøyaktig blackbody temperaturen.
    8. Når blackbody temperaturen er bestemt, beregne den svarte kropp utstråling Lλ, bb bruker Formel 1.
    9. Kalibrere de øvrige kanalene av spectro-pyrometer mot blackbody kilder (ca 200 av dem). Kuttet ut områdene mellom 488 nm og 515 nm og 980 nm og 1011 nm å redusere støy. Få en integrasjon-tid-spesifikk kalibrering (overføre)-funksjon
      Equation 5 Ligning 5,
      hvor ICountsav er gjennomsnittlig eksperimentelle intensiteten målt ved hver spectro-pyrometer kanalen og ti er integrering tiden. Gjennomsnittsverdien overta 256 oppkjøpene akkumulert i bufferen.
    10. Gjenta spectro-pyrometer kalibrering i trinn 1.4.1-1.4.10 ved ulike blackbody temperaturer for å krysse sjekke at K(λ) er temperatur-uavhengig.
      Merk: Bare bakgrunnsstøy bør endre ved forskjellige blackbody temperaturer.
    11. I virkelig prøve målinger, få utstråling spectra ved å multiplisere integrasjon-tid-spesifikke eksperimentelle utstråling spectra (ICounts(λ) /ti) av funksjonen K(λ).

2.Eksempel montering

Advarsel: Dersom prøven er radioaktive, utføre hele prosedyren i en alpha-tett hanskerommet utstyrt med optisk kvalitet windows og en optisk tabell. Dersom prøven er spesielt radioaktivt (inneholder sterke γ-emittere som Pu eller Am), ha en føre kappe og føre hansker mens montere den. Bruk en stråling detektor for å identifisere de viktigste retningene av β og γ bestråling.

  1. Monter prøven i holderen ved fikse det med grafitt, molybden eller tungsten skruer (se den nedre venstre rammemargen i figur 1).
    Merk: Sammenlignet med grafitt, sikre Mo eller W skruer bedre mekanisk stabilitet, selv om de kan påvirke prøvens termisk balanse mer enn grafitt skruer. Perfekt eksempel figuren er en disk ca 8 mm i diameter og minst 2 mm tykk. Men bruken av justerbar skruer tillater analyse av eksempler på ulike former og størrelser som også veldig liten og uregelmessig. Denne fleksibiliteten er spesielt en fordel når radioaktivt fragmenter er undersøkes.
  2. Plass prøven og holder i en sylindrisk trykk fartøy (eller autoklav, som schematized i figur 1). Montere prøven vinkelrett til fartøyet aksen. Omslutt skipet med optisk kvalitet windows (vanligvis kvarts eller smeltet silica).
  3. Fastsette fartøyet i en optisk tabell.
  4. Fikse en grafitt skjerm av baksiden av trykktank på en optisk tabell for å absorbere laserstrålen i tilfelle utvalget faller fra abonnenten under et eksperiment.

3. laser og pyrometer justering

  1. Laser justering
    1. På en optisk tabell, par en fokus enhet med fiberoptikk som formidler høyeffekts laserstrålen til laboratoriet.
      Merk: Dermed ta maksimalt hensyn til unngå dannelse av fikser på fiber optikk, som kan medføre irreversibel skade dem.
    2. Velg riktig linsene i fokus enhet for å oppnå nødvendig laser størrelsen på utvalget overflaten og en passende brennvidde mellom fokus enheten og prøve overflaten. Kontroller at laser størrelsen er minst ti ganger større enn pyrometer sighting spot (rundt 3 mm2) for å sikre temperaturen homogenitet rundt pyrometer-målingen.
      Merk: Med denne begrensningen, laser størrelsen justeres etter målet for hver bestemt eksperiment. For eksempel vil en mindre plass føre til en større laser tetthet. Derfor vil det være mulig å nå høyere temperaturer, men på en mer begrenset sone av prøven overflaten. Derimot garanterer en større laser spot en mer homogen temperatur distribusjon over hele prøven, men lavere høyeste temperaturer vil være oppnåelig. Fokusavstand mellom fokus enheten og prøve overflaten er bare pålegges av geometriske constrictions, for eksempel fjerning av ulike optisk komponenter, tilstedeværelsen av en hanskerommet vegg mellom dem og prøven, etc.
    3. Montere alle optisk deler nødvendig (laser optikk, Ar+ laser for RLS analyse og pyrometers) på en optisk tabell.
    4. Justere rød laser spot på prøven overflaten gjennom autoclave (og, hvis i hanskerommet) vindu. Hvis laser stedet er mindre enn prøve overflaten, fikse det i midten av prøven eller i et bestemt område av interesse (f.eks grensesnittet mellom to forskjellige soner av utvalget).
      Merk: Gjeldende høyeffekts laser er også utstyrt med en strømsparende han-Ne rød laser følger nøyaktig den samme optiske banen. Slå på denne piloten laser for å justere systemet. Rød laser størrelsen blir litt annerledes enn virkelige størrelsen på den kraftige infrarøde strålen. Men kan forskjellen bli neglisjert i justeringsprosedyren.
    5. Slå på Ar+ laser og plasser den i midten av den røde pilot laseren spot på prøven overflaten.
  2. Pyrometer justering
    1. Fastsette pyrometer og spectro-pyrometer til tabellen optisk i en posisjon som er praktisk for å se på prøven, med sine akser så nært som mulig til vinkelrett på prøven overflaten.
    2. Omtrent pek på pyrometer og spectro-pyrometer mot prøven. Ved å se gjennom respektive okularene, sørg for at målene se prøven riktig.
    3. Å fint stille pyrometer i riktig posisjon og brennvidde, skinne en fleksibel lamp inn i pyrometer okularet. Kontroller at et skarpt bilde av pyrometer membranen er projisert på prøven overflaten.
      Merk: Både i pyrometer og spectro-pyrometer, termisk stråling fra prøven samles av et mål (linser og collimator) og fokusert på photodiode detektorer gjennom en membran. Bildet av denne membranen er tydelig gjennom okularene av pyrometers. Med det gjeldende oppsettet, dette stedet er ca sirkulær med en diameter på 1 mm. unngå å spille med pyrometer objektiv innstillingene, fordi dette kan påvirke enheten kalibreringen.
    4. Justere pyrometer membran bildet i midten av den røde pilot laseren spot og Ar+ blå laser spot.
    5. Gjenta den samme fremgangsmåten i trinn 3.2.3-3.2.4 for å justere fint spectro-pyrometer.
  3. Refleksjon av
    1. Nøye sjekke for parasitten refleksjoner av røde pilot laser (åpenbart av øyet ved hjelp av et ark av hvitt papir), som hovedsakelig kommer fra autoclave (og, hvis i hanskerommet) windows.
      Merk: Disse refleksjoner kan også stamme fra prøven overflaten, hvis et godt-reflekterende metallisk utvalg skal analyseres. Slike refleksjoner er ekstremt farlig når prøven er bestrålt med høyeffekts infrarød laserstrålen.
    2. Plass grafitt skjermer (opptatt) hvor parasitten refleksjoner har blitt identifisert.
      Merk: IR laser strålen refleksjoner bør aldri truffet mennesker, men de kan også brenne optiske og elektroniske komponenter og hanskerom deler, eller de videre kan gjenspeiles av metallisk laboratorium verktøy. Derfor bør de stoppes av tilstrekkelig grafitt dempere så nær som mulig til transaksjonsopprinnelsen.

4. fylle trykktank

  1. Koble trykktank en vakuumpumpe og en gasstilførselen systemet gjennom egnet rør. Hvis mulig, i tillegg til en manometer, koble en oksygen analyserer til press fartøyet.
  2. Velg atmosfæren (gass eller gassblanding) der laser-oppvarming eksperimenter skal utføres.
Velg atmosfæren avhengig av prøven undersøkes og kjemiske forhold skal produseres.
  • Uansett atmosfæren, bruk en vakuum pumpe for å tømme trykktank, for å unngå eventuelle kryssforurensning med luft, spesielt hvis den valgte eksperimentelle atmosfæren er ideell uten oksygen. Hvis mulig, oppnå lavere oppdagelsen grensen av O2 analysator i denne "tømme" prosedyre.
  • Etter tømme den, fylle autoclave med valgte gassen trykket kreves.
    Merk: Ulike trykk kan angis i autoclave (f.eks for å studere press effekten på fase overganger). Men standard eksperimenter, angi en gass overtrykk av 0,2-0,3 MPa (med hensyn til atmosfærisk trykk) for å redusere utvalget fordamping fenomener som mulig. De fleste av dagens eksperimenter utføres under en inert atmosfære (trykksatt argon) for å opprettholde første eksempel sammensetningen i hele laser-oppvarming eksperimenter. Men for spesielle studier, oksiderende (trykkluft, CO/CO2 blandinger, etc.) eller redusere (Ar + H2) atmosfærer kan være ansatt, også.
  • Etter fyller autoclave, sørge for at oksygen potensialet har stabilisert seg på oksygen analysatoren før du starter eksperimentet laser-oppvarming.
  • 5. sette opp oppkjøpet systemet

    1. Koble de to pyrometer kanalene (488 nm for RLS og 650 nm for temperatur analyser) til et oscilloskop opptrer som en analog/digital (AD) omformer.
    2. Gjenta trinn 5.1 for spectro-pyrometer.
      Merk: På grunn av mange kanaler, spectro-pyrometer er utstyrt med egne oppkjøpet enhet. Dette kan utløses eksternt med et signal fra oscilloskop.
    3. Koble høy makt laser potensiometeret med samme oscilloskop som pyrometers. Kontroller at oscilloskop har minst tre input plugger. Ellers koble en ekstra enhet til og synkronisere dem.
    4. Angi oscilloskop parametere (oppkjøpet vinduet amplitude, forskyvning og feiende varighet) slik at eksperimentelle data kommer fra pyrometer kan være riktig og helt registrert. Sjekk på skjermbildet oscilloskop at data skal registreres og lagres etter hvert eksperiment.
    5. Angi en egnet utløser for anskaffelse systemet. For eksempel utløse oscilloskop når signalet fra laser potensiometeret skyld en viss terskel, tilsvarer utbruddet av første høyeffekts pulsen sendt til prøven og med hjelp av oscilloskop programvaren.
      1. Kontroller at som oscilloskop utløses, det begynner å ta signalene kommer fra laser potensiometeret og de to pyrometer kanalene og også sender et signal som utløser oppkjøpet i spectro-pyrometer.
    6. Koble oscilloskop til en PC. Direkte innsette programvare kalibrering ligninger 2, 3 og 4 slik at den innspilte intensiteten kan tegnes direkte som temperatur-versus-tid kurver (thermograms) på PC-skjermen.

    6. laser-oppvarming skudd

    1. Angi en laser-oppvarming programmet. Hvis mulig, gjøre det direkte fra en PC koblet til laser.
    2. Ildfaste materialer smelter utover 2500 K, sette opp en forvarming scene i begynnelsen av programmet laser. Dette består av en treg oppvarming scene varer 10 til 30 s, der utvalget er oppvarmet med et lavt laser tetthet (rundt 50 W cm-2) til sin temperatur har stabilisert seg på et konstant nivå mellom 1500 og 2000 K.
      Merk: Forvarming scenen reduserer termisk stress, som kunne lett sprekk og ødelegge prøven hvis det ble sparket direkte til over 2500 K fra rom temperatur. Dessuten, hjelper den fjerne mulig urenheter fra prøven overflaten. For laserskrivere smelter eksperimenter, er den beste tilnærmingen etablert basert på direkte erfaring.
    3. Når forvarming scenen, sette opp en rekke flere høyere strømforbruk laser skudd, oppvarming prøven godt utover sin Smeltetemperaturen. Definere sykluser av 3-4 skudd, etter at prøven kan kjøle tilbake til romtemperatur. Sjekk prøven betingelsene før du fortsetter til ytterligere skudd.
      Merk: Utvalget skal ikke tillates avkjøles til romtemperatur mellom to skudd for å unngå for intens termisk stress. Kraft som kreves varierer avhengig av laser spot og undersøkte materialet. Vanligvis for ildfaste oksider som UO2er makt tettheter på ca 500 M cm-2 tilstrekkelig til å smelte materialoverflaten i et par hundre ms.
    4. Variere varigheten av påfølgende høy makt laser pulser (og respektive tetthet) mellom ms titalls og noen s for å se etter mulige avhengigheten av observerte termisk arrestasjonen temperaturer puls lengden. På denne måten kan du kontrollere om fase overganger skjer på termodynamisk likevekt under den varme/kjøling sykluser.
      Merk: Ingen termodynamisk forhold ville være sikret med kortere pulser, mens lengre pulser bør unngås fordi den flytende massen ville ikke lenger holdes på prøven overflaten av capillarity styrker, og av fallende, det ville skade prøven forvaring (holderen og autoklav).
    5. Under laser-oppvarming eksperimentene, bo i et kontrollrom atskilt fra kantinen belagt beskyttende Windows stopper høyeffekts laserstråling.
      Merk: Hvis eksperimentator tilstedeværelse er nødvendig i kantinen under laser skudd, er det viktig å vernebriller.
    6. Kontroller at laser installeringsprogrammet fungerer ved første skyting laserstrålen i en grafitt absorber. Bruk denne testen å også sjekke at funksjonen av utløse arrangert i trinn 5.5 er riktig.
    7. Hvis alle kontrollene er vellykket, Deaktiver røde pilot laser og slå på høyeffekts strålen.
    8. Slipp alle sikkerhet brytere og starte laser irradiation programmet på prøven.
    9. På slutten av laser-oppvarming og kjøling sykluser (vanligvis forvarming scenen pluss tre eller fire høyeffekts pulser), kan du kontrollere utseendet av prøven, som angir om det er helt eller delvis smeltet, Let, brutt, intakt, etc.
    10. Hvis prøven er intakt, gjenta flere laser-oppvarming sykluser på den og sjekk for resultatet repeterbarhet.
      Merk: I vellykkede tilfeller over førti skudd kan gjentas på samme prøven. Slike store datasett kan behandles, gir gjennomsnittsverdiene for fase overgangspunkt støttes av en lyd statistisk analyse av måling usikkerheten.

    7.Dataanalyse

    1. Kvalitativ thermogram analyse
      1. Sjekk kvaliteten og funksjonene i eksperimentell thermograms (en per laser skudd) registrert av pyrometer. Kontroller at hvis den maksimale temperaturen nådd høyt nok, termisk arrestasjoner tilsvarer størkning vises for thermograms kjøling deler.
        Merk: Lignende termisk arrestasjoner er vanligvis knapt synlig på oppvarming flanke fordi rask laser oppvarming gir mer energi enn den smeltende entalpien og termodynamisk forhold er stort sett ikke realisert i denne delen av eksperimentet11 .
      2. Hvis den maksimale temperaturen var for lavt, gjenta laser-oppvarming syklusen med høyere strømforbruk pulser.
      3. Gjenta laser-varme/kjøling sykluser på et nytt utvalg hvis thermograms er for uregelmessig eller avvikende (f.eks den tilsynelatende oppvarming og kjøling av prøven ikke følger laser pulser), i så fall, prøven trolig brøt, sprakk eller pulverisert under eksperimentet.
    2. Energisparende analyse
      1. For å få ekte eksempel temperatur thermograms, opprette ved hjelp av datatypen spectro-pyrometer NSE av utvalget.
      2. Forvandle rå spectro-pyrometer data utstråling spectra, som forklart i trinn 1.4.11.
      3. Hvis et veletablert temperaturen punkt T * finnes (f.eks en eutektiske referansepunkt [Ref. ZrC-C]) i undersøkte systemet og måles i gjeldende eksperimentet, da anskaffe NSE direkte fra Mami utstråling spectra Lλ, St målt på tilsvarende termisk arrestasjonen. Å vite den virkelige temperatur T * der termisk arrestasjonen oppstår, beregne utstråling Lλ, St og Formel 1. I dette tilfellet, får energisparende direkte fra definisjonen som:
        Equation 9Ligningen 9.
      4. Hvis det finnes ingen etablert temperatur poeng, så passe utstråling spectra Lλ, St, tar NSE ελ og temperatur T som gratis parametere i Formel 1. Så, få energisparende og temperatur som best passer hele spekteret.
        Merk: Denne fremgangsmåten er numerisk nøyaktig hvis grå kroppen forutsetningen er gyldig (dvs. hvis energisparende ikke avhenger på bølgelengde, som gjelder hovedsakelig for materialene undersøkt i dette arbeidet). Ellers er ytterligere forutsetninger på den energisparende bølgelengde avhengigheten nødvendig for å anslå en parametrisk avhengighet av ελ λ ved hjelp av litteratur data.
      5. Når ελ bestemmes, multiplisere verdien på 650 nm av den optiske Transmisjon av press fartøyet (og, hvis glovebox'en) vindu på 650 nm (fra vinduet leverandøren) og Bytt den i Formel 3. På denne måten få ekte temperatur thermograms fra pyrometer målinger.
    3. Fase overgang studie
      1. Identifisere fase overgangspunkt som temperaturen som termisk arrestasjoner eller inflections forekommer i kjøling flanken av ekte temperatur thermograms.
      2. Utføre den første laser-oppvarming eksperimenter på ildfaste materialer, smelter poeng og NSE verdier som er godt etablert (f.eks molybden, Wolfram, ZrC eller UO2). Dette vil gi en god test av god funksjon og nøyaktigheten av metoden.
        Merk: La ut fra analyse mulig inflections, hvis på oppvarming flanken av thermograms, som de kan være et resultat av ikke-likevekt fenomener svært usikkert tolkning.
      3. Sammenligne RLS signalet, samtidig vises, med ekte temperatur thermograms. Identifisere utbruddet av nye faser på prøven overflaten med hjelp av RLS, hvor svingninger og inflections vises tilsvarende.
      4. Sammenligne fase overgang temperaturer registrert av pyrometer med eventuell NSE endringer knyttet til samme fase overgangene.

    8. eksempel utvinning

    1. Slipp trykket fra autoclave og stabilisere det til lufttrykk.
    2. Åpne autoclave og fjern den smeltet og refrozen, samt mulig fragmenter som har falt av. Muligens bruke disse delene for post smelting materiale karakterisering.
    3. Rengjør autoclave nøye, spesielt optisk vinduene, med hjelp av vev og etanol.
    4. Samle eksempler og fragmenter i tilstrekkelig containere. I hanskerommet arbeid med svært radioaktive prøver, plass containere i en boks for ledelsen.

    Representative Results

    Figur 3 viser ekte temperatur thermograms målt på uran karbondioksid med ulike oksidasjon nivåer (UO2 + x med 0 < x < 0,21)2. Uran karbondioksid er viktig del av vanligste drivstoff i gjeldende NPPs. Dens oksidasjon til ulike oksygennivået hyper-støkiometri kan oppstå i normal og av normalt reaktoren forhold12. Med metoden gjeldende viste at UO2 oksidasjon kan resultere i en dramatisk reduksjon av sine smelter/størkning poeng opptil 700 K. I dette tilfellet måtte eksperimenter utføres under en ganske høy inert gasstrykk (han på 10 MPa) for å undertrykke den svært ikke-sammenfallende fordamping ved høye temperaturer.

    Figure 3
    Figur 3: Thermograms målt på laser-oppvarmet stoichiometric og hyperstoichiometric uran karbondioksid prøver (etter 2).
    En eksempel dobbel-puls laser profil vises i diagrammet. Thermograms registreres for flere UO2 + x komposisjoner. Herding arrestasjoner oppstå ved betydelig forskjellige temperaturer og med ulike funksjoner, avhengig av prøven sammensetningen, avslørende utviklingen av smelting/fryser temperatur og størkning dynamikken i U-O systemet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    Figur 4 viser pyrometer (rett linje) og spectro-pyrometer thermograms spilt inn på en plutonium karbondioksid prøve laser oppvarmet under en oksiderende atmosfære (trykkluft på 0,3 MPa). PuO2 er også en viktig kjernebrensel komponent. I den samme figuren vises også to utstråling spectra målt ved spectro-pyrometer ved forskjellige temperaturer i senkninger, sammen med kurvene passer eksperimentelle data og tilsvarende T og ελ . Takk til studien, var de PuO2 smelter/fryser temperatur revurdert skal 3,017 K ± 28 K, over 300 K høyere enn tidligere indikert av mer tradisjonelle oppvarming metoder. Disse metodene gitt resultater sikkert påvirket av omfattende høy temperatur samspillet mellom utvalg og oppdemning, et problem som i stor grad er løst med nåværende ferdigvarme tilnærming.

    Figure 4
    Figur 4: Thermograms målt på en plutonium karbondioksid prøve laser oppvarmet utover Smeltepunkt.
    Hovedgågaten grafen: svart heltrukket linje og full svart sirkler representerer thermograms spilt inn på en PuO2 prøve under en oksiderende atmosfære av den raske pyrometer og flere bølgelengde spectro-pyrometer, henholdsvis. De hvite sirklene representerer spectral emittance verdiene ved montering eksperimentelle utstråling data med Planck utstråling lov12. To senkninger Vis eksempel spectra registrert (svart sirkler) og utstyrt (rød heltrukket linje) i flytende og fryse PuO2, henholdsvis i grå kroppen forutsetning. Disse tomter, er utstråling Lλ normalisert til første stråling konstant c1 for enkelhets skyld. Den viktigste thermogram ble oppnådd med en gjennomsnittlig konstant emittance av 0,83. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    Figur 5 viser en rekke laser-oppvarming pulser på en blanding av UO2 og ZrO2 under ulike atmosfærer. Denne testen er representant for forhold som kan produseres i tilfelle en utilsiktet temperatur utflukt i en NPP. Smeltepunkt/størkning punktet oppstår på en vel-repeterbare temperatur over etterfølgende bilder hvis eksperimenter er gjennomført i argon. På den annen side, smelter/størkning temperaturen avta over laser skudd hvis laser-oppvarming sykluser utføres i trykkluft. Dette viser at i det siste tilfellet prøven blir stadig oksidert under laser-oppvarming behandlingen. Også i blandet UO2- ZrO2 karbonoksider, forekommer en Smeltepunkt depresjon i oksygen hyper-støkiometri forhold.

    Figure 5
    Figur 5: Thermograms målt blandet UO2- ZrO2 prøver i trykksatt argon og luft.
    Smeltepunkt/størkning punktet oppstår på en vel-repeterbare temperatur over etterfølgende bilder hvis eksperimenter er gjennomført i argon (svart thermograms). På den annen side, smelter/størkning temperaturen avta over laser skudd hvis laser-oppvarming sykluser utføres i komprimert luft (grønn thermograms). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    Et annet eksempel gjelder en annen type materiale, uran dicarbide. Dette er planlagt som mulig materiale for en alternativ begrepet kjernebrensel, potensielt arbeider ved høyere temperaturer og betydelig redusere risikoen for en meltdown ulykke. Ny sammensetning som inneholder et stort overskudd av karbon (nominelt UC2.8) ble undersøkt for første gang med den nåværende tilnærming14. I dette tilfellet ble UC2- C eutektiske temperatur, etablert på 27,37 K ± 20 K, brukt som en utstråling referanse sammen med kubikk-tetragonal (α→β) SSD overgangen, fast på 2,050 K ± 20 K. NSE av karbon-rikere sammensatte ble målt for å øke opp til 0,7 på 650 nm, mens verdien ελ = 0.53 ble opprettet for ren uran dicarbide på grensen av regionen eutektiske. Denne økningen ble analysert i lys av demixing av overskytende karbon og brukes for fastsettelse av liquidus temperatur (3,220 ± 50 K for UC2.8). På grunn av rask SSD diffusjon, også fostret av kubikk-tetragonal overgangen, kan ingen åpenbare tegn på en lamellær eutektiske struktur være observert etter slukke til romtemperatur. Eutektiske overflate C/UC2-x sammensetningen kan kvalitativt, men konsekvent, følges under kjøling med hjelp av innspilte utstråling spectra, som vist i tall 6 en og b.Interessant, viste gjeldende NSE analysen at mens i flytende fase eksterne flytende overflaten var nesten helt utgjorde av uran dicarbide, ble det raskt beriket i demixed karbon på frysing. Demixed karbon syntes å raskt overføre mot indre bulk under videre nedkjøling. På α→β overgangen dekker uran dicarbide igjen nesten hele ekstern overflaten. Alle disse detaljene i svært høy temperatur materiale atferden er avgjørende for analyse av denne typen sammensatt ved ukontrollert temperaturøkningen i reaktorkjernen. De ble utledet kun basert på radiance spektroskopi analyse, mens de var neppe tilgjengelig for noen andre eksperimentell undersøkelse teknikk.

    Figure 6
    Figur 6: Thermogram og utstråling spectra målt på en UC2.8 utvalg i trykksatt argon14.
    a) kjøling scenen av en thermogram registrert på et UC2.8 utvalg. Full sirkler identifisere tidspunkt som til utstråling spectra ble registrert av spectro-pyrometer. b) fire eksempler på radiance spectra registrert ved forskjellige temperaturer. En av dem ble innspilt i flytende UC2.8, mens de andre tre tilsvarer termisk arrestasjonene i figur 5a. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    Discussion

    Laser-oppvarming stråling spektroskopi teknikken presenteres her er anerkjent som en innovativ og effektiv metode for etterforskningen av svært høy temperatur og smelte atferd ildfaste materialer15, 16. Takket være dens eksterne og nesten beholder-mindre natur er det spesielt egnet for eksperimentelle studier av radioaktivt kjernefysisk materiale og simulering av kjernen meltdown ulykker i NPPs, som vist av eksempel resultatene presenteres her.

    Mens evaluering eksperimentelle data innhentet med metoden gjeldende, bør man uten tvil være forsiktig med riktig tildeling av eksperimentelle peker til fase overganger. Faktisk, ved svært høye temperaturer, materielle kinetics kan være ekstremt rask, og flere vanskelig-å-kontroll fenomener oppstår, som ikke-sammenfallende fordamping, segregering, sammensatte dissosiasjon, etc. Som sammenligningen med mer tradisjonelle oppvarming metoder (som induksjon ovner) viser, rettferdiggjør mulig forekomsten av slike fenomener bruken av en rask oppvarming og avkjøling teknikk som gjeldende. På den annen side, kan det oppstå tvil om effektiv stabilisering av termodynamisk forhold under dagens varme forhold. Som forklart i delen prosedyre, kan ikke slike forhold garanteres i rask laser-oppvarming del av termisk sykluser. Termodynamisk forhold produseres imidlertid sikkert på kjøling scenen. Denne uttalelsen ble validert ved hjelp av datakode simulere gjeldende eksperimenter og basert på nær likevekt masse og varme spredning i nærvær av lokale fase overganger11. Likevel termodynamisk likevekt forhold bør kryss-sjekkes eksperimentelt, vanligvis ved å måle godt vurdert fase overgang temperaturer i forbindelser som kan tas som referanser. Dette ble realisert i dette arbeidet med smelter/størkning poeng W, Mo (anbefales som sekundær referanse temperaturer i den internasjonale temperaturskala 199017,18,19), UO2, og ZrC-C eutektiske9. Måle slik referansepunkt er også nødvendig for å vurdere nøyaktigheten og usikkerhet av nåværende tilnærming.

    Gitt den ekstreme forhold og fenomener produsert i laser-oppvarming eksperimenter, er en presis usikkerhet analyse avgjørende for brukbarheten av dataene produsert. For vellykket måling kampanjer, skal kumulative usikkerheten påvirker gjeldende fase overgang temperaturdata utgjøre ±1% av absolutt temperatur, med en 2-standardavvik dekning faktor (95% sikkerhet). Usikkerhet band kan være større for komplisert materialer, der, for eksempel ikke-sammenfallende fordamping kan endre faktisk prøve komposisjon i en ukontrollerbar måte under forsøkene. Slike usikkerhet ta hensyn feil på grunn av kalibreringsprosedyren, NSE bestemmelse, utvalg stabilitet (dvs. repeterbarhet, over påfølgende laser skudd, eksperimentelle fasen overgang temperaturer), etc. Et eksempel på usikkerhet analyse for smelting/fryser punkt av PuO2 rapporteres i tabell 1. Ulike usikkerhet bidrag kan betraktes som uavhengig og kombinert etter feil forplantning lov3.

    Table 1
    Tabell 1: Eksempel på usikkerhet analyse for smelting/fryser punkt av PuO2 (referanse13).
    Betydningen og verdien c2 rapporteres i delen introduksjon med kommentarer på Formel 1. Δελ står her for to standardavvik rundt eksperimentelle gjennomsnittsverdien oppnådd for ελ av passende eksperimentelle utstråling spectra i grå kroppen forutsetning. ΔTc og δTd representerer to standardavvik rundt gjennomsnittlig lampe ekstrapolert temperatur kurven og gjennomsnittlig eksperimentelle herding temperatur verdi, henholdsvis.

    Noen forbedringer kan gjøres på dagens eksperimentelle tilnærming. Spesielt tillater koble press fartøyet med en masse spectrometer gjennom et kompleks rørsystem deteksjon, minst kvalitativt, av arter i damp skyen utgitt av varme materialet. Videre er gjennomføringen av en thermo-kamera forutsett for todimensjonal studier av temperatur distribusjon over hot prøven overflaten for å oppdage mulige inhomogeneities og segregering effekter. Til slutt, forbedringer i sikkerhetssystemet bygget rundt den nåværende utstyret er forutsett. Faktisk, i gjeldende plexiglass hanskerommet her er egnet for studier av svært radioaktive materialer som uran og transurane elementer, takket være det faktum at det effektivt blokkerer α stråling. Dette skjoldet er imidlertid ikke tilstrekkelig sikker for etterforskningen av sterk γ emittere, som nuclides i ekte bestrålt kjernebrensel. Et nytt anlegg inkludert en føre vegger celle er forutsett for studier av brukt atombrensel kommer fra ekte NPPs.

    Disclosures

    Forfatterne ikke avsløre.

    Acknowledgments

    Forfatterne er gjeld til Europakommisjonen for finansiering nåværende forskning under sin institusjonelle forskningsprogrammer. I tillegg en del av presentert forskningen ble finansiert gjennom EF 6th rammeprogram under det F-prosjektet og 7th FP under SIKRESTE og MILDE prosjekter.

    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

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Council Directive 2009/71/Euratom of 25 June 2009 establishing a Community framework for the nuclear safety of nuclear installations. , Available from: http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?qid=1412848109512&uri=CELEX%3A32009L0071 (2009).
    2. Manara, D., Ronchi, C., Sheindlin, M., Lewis, M., Brykin, M. Melting of stoichiometric and hyperstoichiometric uranium dioxide. J. Nucl. Mater. 342, 148-163 (2005).
    3. Manara, D., Sheindlin, M., Heinz, W., Ronchi, C. New techniques for high-temperature melting measurements in volatile refractory materials via laser surface heating. Review of Scientific Instruments. 79, 113901-113908 (2008).
    4. De Bruycker, F., et al. Reassessing the melting temperature of PuO2. Materials Today. 13, 52-55 (2010).
    5. Kato, M., et al. Solidus and liquidus temperatures in the UO2-PuO2 system. J. Nucl. Mater. 373, 237-245 (2008).
    6. DeWitt, D. P., Richmond, J. C. Thermal radiative properties of materials. Theory and practice of radiation thermometry. DeWitt, D. P., Nutter, G. D. , Wiley. New York. (1988).
    7. Neuer, G., Fiessler, L., Groll, M., Schreiber, E. Critical analysis of the different methods of multiwavelength pyrometry. Temperature: its measurement and control in science and industry, vol. 6. Schooley, J. F. , AIP. New York. 787-789 (1992).
    8. Jacquemain, D., et al. Nuclear Power Reactor Core Melt Accidents. State of Knowledge. , EDP Science. ISBN: 978-2-7598-1835-8 1835-1838 (2015).
    9. Manara, D., et al. The ZrC-C eutectic structure and melting behaviour: A high-temperature radiance spectroscopy study. J. Eur. Ceram. Soc. 33, 1349-1361 (2013).
    10. Manara, D., et al. On the melting behaviour of calcium monoxide under different atmospheres: A laser heating study. J. Eur. Ceram. Soc. 34, 1623-1636 (2014).
    11. Welland, M. J., Thompson, W. T., Lewis, B. J., Manara, D. Computer simulations of non-congruent melting of hyperstoichiometric uranium dioxide. J. Nucl. Mater. 385, 358-363 (2009).
    12. Olander, D. Nuclear Fuels- Present and future. J. Nucl. Mater. 389, 1-22 (2009).
    13. De Bruycker, F., et al. The melting behaviour of plutonium dioxide: A laser-heating study. J. Nucl. Mater. 416, 166-172 (2011).
    14. Manara, D., Boboridis, K., Morel, S., De Bruycker, F. The UC2-x - Carbon eutectic: A laser heating study. J. Nucl. Mater. 466, 393-401 (2015).
    15. Barrachin, M., Chevalier, P. Y., Cheynet, B., Fischer, E. New modelling of the U-O-Zr phase diagram in the hyper-stoichiometric region and consequences for the fuel rod liquefaction in oxidising conditions. J. Nucl. Mater. 375, 397-409 (2008).
    16. Guéneau, C., Chartier, A., Van Brutzel, L. Thermodynamic and thermophysical properties of the actinide oxides. Comp Nucl Mater. 2, 21-59 (2012).
    17. Preston-Thomas, H. The International Temperature Scale of 1991 (ITS-90). Metrologia. 27, 3-10 (1990).
    18. Preston-Thomas, H. Erratum: The International Temperature Scale of 1990 (ITS-90). Metrologia. 27, 107 (1990).
    19. Bedford, R. E., Bonnier, G., Maas, H., Pavese, F. Recommended values of temperature on the International Temperature Scale of 1990 for a selected set of secondary reference points. Metrologia. 33, 133-154 (1996).

    Tags

    Kjemi problemet 130 høy temperatur Laser oppvarming kjernefysisk materiale Radiance spektroskopi alvorlige ulykker Corium Core Meltdown
    Laser-oppvarming og utstråling massespektrometri for studier av kjernefysisk materiale i forhold simulere en kjernekraftverk ulykke
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    Cite this Article

    Manara, D., Soldi, L., Mastromarino, More

    Manara, D., Soldi, L., Mastromarino, S., Boboridis, K., Robba, D., Vlahovic, L., Konings, R. Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident. J. Vis. Exp. (130), e54807, doi:10.3791/54807 (2017).

    Less
    Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
    View Video

    Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

    Waiting X
    Simple Hit Counter