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

Bu prosedürün genel amacı, bir nükleer santralde meydana gelen bir çekirdek erimesi kazasının erken aşamalarını laboratuvar ölçeğinde simüle etmek ve koryum oluşumunda yer alan erime davranışının incelenmesini sağlamaktır. Bu deneysel yaklaşım, nükleer santral kazası araştırmalarındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olur. Örneğin, atmosfere bağlı olarak bir çekirdeğin termomekanik stabilitesinin bozulmasına yol açabilecek sıcaklıklar belirlenebilir.

Bu tekniğin temel avantajı, deneyde gerçek radyoaktif maddelerin kullanılmasına izin vererek uzaktan gerçekleştirilmesidir. Bu yöntem, reaktör çekirdek malzemelerinin erime davranışı hakkında bilgi sağlayabilse de, diğer refrakter seramiklere, yüksek sıcaklık süper alaşımlarına ve havacılık kaplamalarına da uygulanabilir. Bu, malzemeleri kısa süreler için aşırı yüksek sıcaklıklarda incelemek için benzersiz bir yöntemdir.

Bu nedenle, gözlemlenen malzeme davranışı için termodinamik denge referans durumları oluşturmak için çok yararlıdır. İlk olarak, hızlı iki kanallı pirometreyi ve spektro-pirometreyi referans standart lambaları kullanarak kalibre edin. Kalibrasyon sabitlerini belirleyin.

Optik kalitede pencerelere sahip korumalı bir torpido gözünde, numuneyi yüksek sıcaklıkta zirkonya yapıştırıcısı veya grafit, molibden veya tungsten vidaları olan bir tutucuya monte edin. Numuneyi, optik kaliteli pencerelere sahip kontrollü bir atmosfer otoklav reaktöründe yatay olarak tutucuya yerleştirin. Otoklavı torpido gözündeki bir optik panoya sabitleyin.

Otoklavın arkasına lazer emici bir grafit ekran monte edin. Sıcaklık homojenliğini sağlamak için, pirometre nişan noktasından en az 10 kat daha büyük bir lazer noktası oluşturmak için odaklama ünitesi lenslerini seçin. Ardından, fiber optik çizgileri bükmemeye dikkat ederek odaklama ünitesini yüksek güçlü bir lazer fiber optik sisteme bağlayın.

Düşük güçlü kırmızı pilot lazeri açın ve ışını, nokta otoklavdaki numune üzerinde ortalanacak şekilde hizalayın. Ardından argon iyon lazerini açın. Lazeri, mavi nokta numune üzerindeki kırmızı pilot lazer noktasının merkezinde olacak şekilde hizalayın.

İki kanallı pirometre ve spektro-pirometre, numune ile aynı hizada optik tabla üzerine monte edilir. Hedeflerin örneğe doğru şekilde odaklanıp odaklanmadığını kontrol edin. Ardından, iki kanallı pirometrenin göz merceğine fiber bağlantılı bir ışık kaynağı tutun ve numune yüzeyine keskin bir şekilde tanımlanmış bir nişan noktasının yansıtıldığını doğrulayın.

Pirometreyi, nişan noktası kırmızı ve mavi lazer noktaları içinde ortalanacak şekilde ayarlayın. Aynı tekniği kullanarak spektro-pirometreyi hizalayın. Ardından, numune yüzeyinden, torpido gözünden ve otoklav pencerelerinden kırmızı pilot lazerin parazit yansımalarını kontrol edin.

Parazit yansımalarının meydana geldiği her yere grafit ekranlar yerleştirin. Ardından, otoklavı boşaltın ve beş kez reaksiyon atmosferi ile doldurun. Ardından, otoklavı istenen basınca kadar reaksiyon atmosferi ile doldurun.

Deneye devam etmeden önce oksijen potansiyelinin stabilize olmasını bekleyin. Hem pirometreleri hem de yüksek güçlü lazer potansiyometreyi analog/dijital dönüştürücü görevi gören bir osiloskopa bağlayın. Osiloskopu bir bilgisayara bağlayın.

Osiloskop yazılımında, veri toplama tetikleyicilerindeki parametreleri ayarlayın. Pirometre ve spektropirometre kalibrasyon sabitlerini doldurun. Yüksek güçlü lazer yazılımında yeni bir ısıtma programı oluşturun.

Numune erime noktası 2.500 kelvin'den yüksekse, programı uygun bir güç seviyesine kadar bir ön ısıtma aşaması ile başlatın. Ardından, numuneyi erime sıcaklığının çok üzerinde ısıtmak için üç ila dört hızlı lazer atışı döngüsünü tanımlayın. Numune, bir döngü boyunca oda sıcaklığının üzerinde kalmalıdır.

Değişen lazer darbe yoğunluğu ve süresi ile ek döngüler oluşturun. Ardından, uygun şekilde korunan bir kontrol odasından, su soğutmalı bir grafit emiciye çekim yaparak lazer ısıtma programını ve veri toplama tetikleyicilerini test edin. Tetikleme sisteminin düzgün çalıştığından ve verilerin alındığından emin olun.

Sistem hazır olduğunda, emiciden numuneye giden lazer yolunu değiştirerek grafit kalkanı çıkarın. Kırmızı pilot lazeri devre dışı bırakın ve yüksek güçlü lazeri etkinleştirin. Isıtma programını başlatın.

Ön ısıtma aşamasından sonra ısıtma/soğutma çevriminde programı duraklatın ve numune görünümünü kontrol edin. Deneysel termogramların numunenin başarılı bir şekilde eridiğini ve katılaştığını gösterdiğini doğrulayın. Numune sağlamsa, her döngüden sonra numuneyi kontrol ederek birkaç ısıtma/soğutma döngüsü daha gerçekleştirin.

Numune eriyene veya kırılana kadar bu işleme devam edin. Deney bittiğinde, yüksek güçlü lazeri kapatın, otoklavı havalandırın ve atmosferik basınçta stabilize olmasına izin verin. Numuneyi ve numune parçalarını daha sonra karakterizasyon için otoklavdan korumalı bir kaba aktarın.

Otoklavın içini ve pencerelerini temizlemek için etanol ve laboratuvar mendilleri kullanın. Uranyum dioksitin erime ve katılaşma davranışı, oksijen içeriği artan atmosferlerde değerlendirildi. Gerçek sıcaklık termogramları, artan uranyum dioksit oksidasyon seviyelerinin erime katılaşma noktasında 700 kelvin'e kadar düşüşlere neden olduğunu gösterdi.

Plütonyum dioksitin erime / donma sıcaklığı yeniden değerlendirildi ve daha önce bildirilenden 300 kelvin'in üzerinde daha yüksek olduğu bulundu. Bu, geleneksel ısıtma işlemlerini etkileyecek olan numune ile kabı arasındaki yüksek sıcaklık etkileşimlerinden kaçınan uzaktan ısıtma yöntemine bağlandı. Karışık uranyum dioksit-zirkonyum dioksit örnekleri hem argon hem de basınçlı havada incelendi.

Argon atmosferinde, numune erime ve katılaşma sıcaklıkları, ardışık ısıtma ve soğutma döngülerinde yaklaşık olarak aynı kalmıştır. Basınçlı havada, erime ve katılaşma sıcaklıkları birbirini izleyen döngüler boyunca azaldı ve bu da numune oksidasyonunu düşündürdü. Karbon bakımından zengin uranyum dibcarbide normal spektral emisyon analizi, yüzeyin soğutma sırasında karıştırılmış karbon ile hızla zenginleştirildiğini, ancak karıştırılmış karbonun alfa-beta faz geçiş sıcaklığında numune yüzeyinden neredeyse tamamen göç ettiğini gösterdi.

Belirli bir malzeme türü için en uygun deney koşulları oluşturulduktan sonra, farklı numuneler üzerinde birkaç termal döngü gerçekleştirilebilir. Bu, istatistiksel analiz için yararlı olan büyük miktarda deneysel veri noktasıdır. Bu prosedürü denerken, araştırılan her malzeme için bir deneme yanılma yöntemiyle damar içindeki atmosfer ve lazer gücü gibi deneysel parametreleri optimize etmek önemlidir.

Bu prosedürü takiben, numunenin kenarlarındaki gerçek sıcaklık dağılımını ölçmek için termografi gibi veya yüksek sıcaklıklarda spektral emisyon davranışını belirlemek için ultraviyole spektrometrisi gibi başka teknikler de gerçekleştirilebilir. Yüksek güçlü lazerlerle çalışmanın, eğitimli profesyoneller tarafından değerlendirilmesi gereken riskler içerdiğini unutmayın. Bu prosedür gerçekleştirilirken koruyucu gözlük takmak ve uygun lazer koruması kullanmak gibi önlemler her zaman alınmalıdır.

Çekirdek bilgilerin incelenmesi için başka yaklaşımlar mevcut olsa da, yalnızca bu, plütonyum ve diğer uranyum ötesi elementleri içeren malzemelerin araştırılmasına izin verir. Bu videoyu izledikten sonra, laboratuvar ölçeğinde nasıl çalışılabileceği ve simüle edilebileceği konusunda biraz anlayışa sahip olmalısınız, ancak gerçek nükleer malzemelerde, bir nükleer santral çekirdeği erime kazasında koryum oluşumu. Bu araştırma çalışmasına öncülük edecek materyallerin oldukça radyoaktif olduğunu unutmayın.

Bu tür faaliyetler her zaman yerel radyodan korunma yasalarına uygun olarak ve yetkili memurların gözetimi altında gerçekleştirilmelidir.