Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident

Dario Manara; Luca Soldi; Sara Mastromarino; Kostantinos Boboridis; Davide Robba; Luka Vlahovic; Rudy Konings

doi:10.3791/54807

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Chimica

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

Published: December 14, 2017

doi:

10.3791/54807

Dario Manara¹, Luca Soldi^1,2,4, Sara Mastromarino^1,3,5, Kostantinos Boboridis¹, Davide Robba¹, Luka Vlahovic¹, Rudy Konings¹

¹European Commission, Joint Research Centre, ²Energy Department,Politecnico di Milano, ³Department of Chemical Physics,Sapienza – Università di Roma, ⁴CEA Saclay, ⁵TU Delft

Summary

우리는 진짜 핵 연료 클 래 딩, 실험 제시 하 고 억제 물질이 빛남 분광학 및 열 분석에 의해 그들의 행동을 공부 하는 동안 3000 K 이상 온도에 열 하는 레이저. 이러한 실험 시뮬레이션 실험실 규모, 용암 상 원자로 코어 붕괴 다음의 형성.

Abstract

체르노빌 (전 소련, 1986)와 후쿠시마 (일본, 2011) 중요 하 고 심각한 사고에서 3 마일 섬 (미국, 1979), 원자력 발전소 (Npp), 세 번을 생겼다. 원인, 역학, 그리고 이러한 사고의 결과 대 한 연구 몇 실험실에서 지난 3 년간 전세계에서 수행 되었습니다. 이러한 연구 활동의 일반적인 목표는: 사고, 기존 및 잠재적인 새로운 원자력 발전소에 모두의 이러한 종류의 방지 그들의 최종 결과;의 최소화 그리고 궁극적으로, 실제 위험에 대 한 전체 이해 안전성 연결. 초우라늄 원소를 위한 유럽 위원회 공동 연구 센터의 연구소에서 레이저-난방 및 빠른 빛 spectro pyrometry 시설은 시뮬레이션에 사용 되는 실험실, 작은 규모에 NPP 코어 붕괴, 심각한의 가장 일반적인 종류의 사고 (SA) 원자로 냉각 시스템의 실패 때문에 발생할 수 있습니다. 이 시뮬레이션 도구 플루토늄 등 사소한 악티늄족 포함 된 분열 연료 샘플 진짜 핵 자료에 신속 하 고 효과적인 높은 온도 측정을 허용합니다. 이 점에서 그리고 많은 양의 데이터에 관한 극단적인 조건 하에서 재료를 생산 하는 기능, 현재 실험 방법은 확실히 독특한입니다. NPP의 현재와 미래의 개념에 대 한 결과 예 몇 가지 다른 유형의 핵 연료의 용융 행동에 제공 됩니다: 우라늄-플루토늄 산화물, 탄 화물, 질 화물. 봉쇄 재료로 산화 연료의 높은-온도 상호 작용에 결과 또한 간략하게 표시 됩니다.

Introduction

핵 분열은 유망한 대규모, 거의 무 진 장의 에너지 소스도 광범위 하 게 제시 된다, 비록 그것의 전체 공개 합격 여전히 일부 안전, 보안, 보호 위험에 의해 중단 됩니다. 실험 방법 제시이 작품은 원자력 발전소 (NPP) 코어 붕괴에 지도 하는 심각한 사고 (SAs)의 발생이이 위험 중 하나에 관련 된 몇 가지 기본적인 재료 과학 질문에 응답 목표로. 이것은 모두 사람들의 건강과 나라의 경제에 대 한 심각한 결과와 환경에서 높은 방사성 물질의 가능한 릴리스 될 수 있습니다. 이 종류의 주요 SAs 체르노빌 (전 소련, 1986), 그리고 후쿠시마 (일본, 2011)에서 3 마일 섬 (미국, 1979), 안전성에 세 번 발생 했습니다. 따라서, NPP SAs는 몇 가지 시설에 상당한 연구의 초점은 전세계, 포괄 많은 도전 현상 하 고 매우 높은 온도 (종종 초과 3000 K) 방사성 물질의 존재에 의해 복잡.

이 시나리오에서는 유럽 위원회¹ 최근 지시문 원자력 발전소의 수명 주기의 모든 단계에서 핵 안전에 게 우선 순위가 가장 높은 EU 국가 필요 합니다. 이 새로운 원자력 발전소의 건설 하기 전에 안전 평가 실시 하 고 또한 오래 된 원자로 대 한 중요 한 안전 증진을 포함 한다.

이러한 맥락에서 분위기 제어, 레이저-난방 및 빠른 빛 spectro pyrometry 시설²^,^,³⁴ 유럽 위원회의에서 구현 된 공동 연구 센터의 연구소 가장을 위한 실험실, 작은 규모에 NPP 코어 붕괴의 초우라늄 원소. 제한 된 샘플 크기 (일반적으로에 cm 및 0.1-g-스케일) 및 높은 효율성 및 레이저 난방,이 빠른 접근 허가 및 진짜 핵 물질에 효과 높은-온도 측정의 원격 자연, 플루토늄 및 미성년자 포함 악티늄족-포함 된 분열 연료 샘플입니다. 이 점에서 그리고 많은 양의 데이터에 관한 극단적인 조건 하에서 재료를 생산 하는 기능에, 현재 실험 방법은 독특한 것으로 세계적으로 인식 된다. 사실, 유도 열에 따라 다른 보완 조사 기법 샘플 자료 및 포함⁵간의 급속 한 고 열 상호 작용에서 고통을 보여왔다. 또한, 이러한 기술을 허용 주로 분석에 대 한 자료의 더 큰 금액을 필요 하는 경우 그들은 덜 높은 방사능 및 샘플의 한정 된 가용성 진짜 핵 물질의 조사에 대 한 현재의 방법 보다 적합.

(그림 1에서 도식화) 현재 실험에는 α 차폐 장갑 상자에 포함 된 제어 분위기 압력솥에는 샘플 4.5 kW CW nd: yag 레이저에 의해가 열 된다.

그림 1: 레이저-난방 및 빛남 spectro pyrometry 실험 설정 했다.
샘플 제어 분위기에서 가스-꽉 용기에 흑연 (또는 텅스텐 또는 몰 리브 덴) 나사로 고정 됩니다. 그림 왼쪽 아래 모서리에 있는 보고는 등 PuO₂ 디스크 흑연 나사 고정으로 표시 됩니다. 방사성 샘플 이면 배는 알파 꽉 장갑 상자 안에 거치 되어야 한다. 샘플 1,064에서 4.5 kW nd: yag 레이저에 의해가 열 된다 nm. 빠른 2 채널 고온 계는 녹음 샘플 온도 및 낮은 전력 아칸소⁺ 레이저에서 반사 신호는 데 사용 됩니다. 느린 다채널 spectro pyromenter는 제자리에서 뜨거운 샘플의 광학 특성의 분석을 위해 사용 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

방사선 고온 계는 샘플 빛 L_예측정. 이것은 전자파 전력 밀도 단위 표면, 파장, 및 주어진된 온도⁶샘플에서 방출 하는 입체각 이다. 그것은 수정 된 플랑크 기능을 통해 샘플 표면 온도 T에 연결:

Lλ 복사 이다, ε_λ 스펙트럼 방사 율, c₁ 은 2· = h· c₀ ² 첫 번째 방사선 상수, c₂ 는 = h· c₀/k_B = 14,388 µm· K는 두 번째 방사선 상수, c₀ 는 진공에서 빛의 속도, h 는 플랑크 상수, 그리고 k_B 볼츠만 상수 이다. 진짜 시체를 방출할 것 이다 사실의 계정에, 주어진된 파장 및 온도, 같은 온도에서 이상적인 흑 체에 의해 방출 된 전력의 크거나 일부만 스펙트럼 방사 걸립니다. 따라서, 0과 1에 해당 하는 Planck의 법률에 대 한 이상적인 흑 체 경우 파생 되었다 1 사이의 값을 걸립니다. 때문에 현재 작업 고온 계 항상 샘플 표면에 관하여 근처 일반 설정, ε_λ 의 각도 의존 고려 하지 않은, “방사”는 항상 정상적인 스펙트럼 방사 (NSE)를 참조 하십시오. NSE는 방정식을 통해 1과 L_전 절대 온도 t.로 고온 계 교정 절차, 변환 하려면 결정 해야 합니다.

표준 램프에 대 한 보정 빠른 고온 계를 사용 하 여 견본 온도 감지까지 2500 K λ = 655 nm 및. 추가 256 채널 빛남 spectro-고온 계 간을 515 nm와 980 nm 샘플의 NSE (ε_λ)의 연구에 대 한 고용 했다. NSE의 결정은 공식 1²^, ³, T 와 되 고 두 개의 자유 매개 변수 ε_λ 열 방출 스펙트럼의 비 선형 적합을 완료 하 여 가능 합니다. 이 접근은 일반적으로는 NSE 수 추측 될 수 있다는 NPP에 현재와 같은 내 화 재료⁷ 에서 수락 가능 하 게 정확 하 게 입증 되었습니다 광범위 한 스펙트럼 파장 독립적인 (회색 몸 가설). 일단 레이저가 열 샘플의 온도 올바르게 시간의 함수로 측정, 열 분석 결과 온도 시간 곡선 (열상)에 수행할 수 있습니다.굴절 또는 열 체포는 thermograms에서 상전이 (solidus, 액체, 및 등온 단계 변환)에 관련 된 정보를 제공 합니다. 또한, NSE 결정에 필요한 되 고, 게다가 래 디 언스 L_전 뜨거운 샘플에서 방출의 직접 스펙트럼 분석 공부 표면의 일부 광 속성의 현장에서 연구도 허용 합니다. 이 고온 현상, 상전이, 압축된 자료와 가스 단계, 또는 분리 효과 사이 화학 반응 등의 식별에 대 한 또 다른 지원 도구를 구성합니다. 라는 추가 기술을 반영 빛 신호 (증후군) 분석²^, ³ 은 상전이 확인 하는 데 사용 됩니다. 그것은 낮은 전력 (1 승)를 조정 하는 고온 계의 두 번째 채널을 사용 하 여 실시 아칸소⁺ 레이저 (λ = 488 nm). 이 채널은 아칸소⁺ 구멍에서 발생 하는 레이저 광선을 감지 하 고 샘플 표면에 의해 반영. 무작위 진동 액체 샘플 표면에 표면 장력을 이용한 진동으로 용 해 후 나타나는 동안 일정 하지 불안 증후군 신호 단단한 표면, 나타냅니다.

일반적으로, 냉각된 원자로 고체 연료 요소를 사용 하 여, 현재 가장 일반적인 유형의 NPP, 소유 방사능⁸의 견제를 위해 4 개의 연속 장벽. 첫 번째 장벽이입니다 연료 펠 릿 자체, 그것의 결정 구조와 마이크로 거시적인 다공성 고체 핵분열 및 휘발성 것 들의 일부를 보유할 수 있습니다. 일반적으로, 전체 연료 요소는 두 번째 보호 단계 작동 Zircaloy (스틸) 금속 피복에 배치 됩니다. 실패는 피복의, 세 번째 장벽 전체 NPP 내부 그릇, 일반적으로 강철 벽은 몇 ㎝ 두께 (기본 시스템)에 의해 감 금입니다. 마지막으로, 제약 (m 두꺼운 콘크리트) 건물 환경에 릴리스 전에 마지막 안전 장벽입니다.

물 냉각 시스템의 실패, NPP SA 핵심 과열 및 붕괴에 지도, 장소를 걸릴 수 있습니다. 과열 처음 분열 열 예정 이다입니다. 그러나, 냉각의 부재, 과열 수 있습니다 또한 계속 분열 제품 및 다른 높은 방사성 종 핵 코어 파편에 포함 된 잔여 감퇴 열 핵 연쇄 반응을 종료 후. 일반적으로, 낮은 녹는 화합물 (아마도 eutectics) 연료와 클 래 딩 간의 인터페이스에 형성 하지 않는 한 코어 용융 연료 요소의 중앙 부분에서 시작 됩니다. 현재 연구의 첫 번째 목표 수립 여부 같은 낮은 녹는 화합물 실제 연료 클 래 딩 시스템에 형성 될 수 있다 그리고,이 경우에, 무슨 녹는 온도 우울증 인 것 이루어져 있다. 이 질문에 대답 하기 위해 순수 하 고 혼합 연료 화합물의 용 해 동작 해야 먼저 온전 하 게 부과, 따라서 현재 접근의 더욱 중요 한 목표를 구성 하는 있는. 연료와 피복 함께 녹아, 액체 질량 것입니다 급속 하 게 기본 그릇의 바닥에가 고 있는 경우 나머지 물과 증기, 강철 벽과 반응 시작. 이 단계에서 강철 수 또한 연료/피복 함께 녹아 있을 뜨거운 혼합물. 결과 용암 같은 액체 “진 피” 라고 합니다. 이 뜨거운, 높은 방사성 혼합물 강철 벽 통해 녹아 있다 고도 가장 외부 방 벽을 구성 하는 콘크리트와 반응 결국 기본 포함 외부 무마 수 있습니다. 높은 열과는 진 피에 종의 높은 반응 물 분리 및 수소의 생산 발생할 수 있습니다. 이 무거운 산화, 또는 진 피는의 (거의) 수 화 (cf. 3 마일 섬에 후쿠시마 SAs), 증기와 수소 폭발의 위험을 추가 될 수 있습니다 질량과 NPP 구조 재료. 현재 실험 방법은 분리 및 몇몇 이벤트의 설명된 순서에 관련 된 많은 복잡 한 물리 화학적 메커니즘의 실험적인 분석을 허용 한다. 언급 한 순수한 구성 요소 분석 및 연료 클 래 딩 상호 작용, 여러 높은 온도 사이 상호 작용 메커니즘 등 단순화 된 시스템에 조사 Pu 포함 된 연료와 연료와 콘크리트, 강철 녹는 외 등등. 진 피 형성 잠재적으로 다른 분위기 (불활성 가스, 공기, 수소 또는 증기의 흔적)의 공부 될 수 있다 SAs의 포괄적인 이해에 대 한 중요 한 참조 데이터를 생산.

현재 접근, 특히 높은 용융 재료의 실험실 조사 적합도 다른, 더 많은 혁신적인 유형의 핵 연료 (기준, 예를 들어 우라늄 탄 화물 이나 질 화물)의 성공적인 분석에 대 한 고용 되었다, 기타 내 화 화합물, 지르코늄⁹, 탄탈륨, 하프늄 탄 화물, 금속 합금, 산화 칼슘¹⁰, 등등.

Protocol

1. 고온 계 및 spectro 고온 계 교정 참조 표준 램프 인증, 국립 표준 연구소에서 보정된 표준 램프 얻을.참고: 여기에 사용 된 두 램프 650 정확 하 게 보정 했다 독일 표준 참조 기관 중 하나에 의해 nm PTB (실험 Technische 정부, 2010). 그림 2: 흑 소스 및 현재 고온 계 및 spectro 고온 계 교정에 사용 되는 표준 램프.캘리브레이션 절차에서 시야의 고온 계 또는 spectro 고온 계는 주어진된 입력 전류에 대 한 표준 광원 (흑 또는 램프), 알려진된 온도에 열 된다 (그리고 따라서 알려진된 빛을 방출)에 집중 된다. 교정 방정식 실험 작 광원 온도의 기능으로 고온 계 또는 spectro 고온 계 방사선 검출기에 의해 굴복 하는 전압 신호를 피팅 하 여 얻을 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 고온 계 교정 650에 가까운 고온 계 채널을 보정 2 개의 텅스텐 리본 램프 nm, 온도 범위 1100 K와 1800 K, 1800 K 2500 K (그림 2)와 두 번째에 대 한 첫 번째. 램프 필 라 멘 트와 바늘 (그림 2) 고온 계를 맞춥니다. PTB에서 제공 하는 교정 용지를 다음과 같은 다양 한 명목상 램프 온도에서 고온 계 농도 기록 합니다. 실험적인 고온 계 농도 역 램프 온도의 기능으로 플롯 합니다.참고: 로그 앰프는 고온 계 장비 된다. 그 결과, 추세는 선형, 적어도 1700 K. 선형 이상의 온도 대 한 실험적인 포인트의 피팅 보장할 형태로 고온 계 교정 방정식: 방정식 2여기서 A와 B는 650에서 고온 계 신호 변환 허용 교정 상수는 온도에 nm. 반사 빛 신호 (증후군) 분석에 사용 되는 프로브 레이저의 동일한 파장에서 같은 고온 계의 두 번째 채널 (포토 다이오드)을 수정. 현재 설정에서 이것은 아칸소+ 0.75 W cw 레이저 488에서 발산 nm. 488에서 고온 계의 두 번째 채널을 수정 nm는 하지 불안 증후군에 대 한 광학 필터 기능을 허용 하기 위하여.참고: RLS 분석 순전히 질적 이기 때문에,이 두 번째 채널에 대 한 아무 교정 필요 하다. 래 디 언스 온도 식 2에서 Tλ 빛 온도 고온 계에 의해 측정을 알. 그것은 이상적인 흑 체에 의해 방출 된 경우 실험 빛 강도에 해당 하는 온도 (ελ = 1 식 1). 실제 샘플에서 그것은 관련이 진짜 절대 온도 수식: 방정식 3. 근사에서 식 3 식 1에서 파생 . 515 사이 멀티 채널 spectro 고온 계에 의해 기록 된 빛남 강도 (식 1)의 스펙트럼 분석을 통해 실제 온도 얻기 위하여 조사 자료에 대 한 NSE 결정 및 980 nm. Spectro 고온 계 교정 Spectro 고온 계의 650 nm 채널 위 단계 1.2.1-1.2.3에 설명 된 동일한 절차에 따라 표준 램프의 채널에 대 한 보정 수 있습니다. 로그 앰프만 선형 한 spectro 고온 계 장비 되지 않는다는 이후이 시간 보정을 얻기 위하여 명목상 램프 온도 대 한 (여기 수 표현) 실험 농도의 로그값 플롯 상수 C와 D 650 nm 채널에 대 한: 방정식 4. 흑 체 구멍은 육안으로 명확 하 게 볼 수 있도록 충분히 빛나는 수준 흑 열원 (그림 2) 전류를 증가. 그런 다음 spectro 고온 계 목표를 흑 체 구멍의 중심을 맞춥니다. 어디 동시에 PC 스크린에 표시 spectro 고온 계 신호는 배경 소음을 완벽 하 게 커버를 충분히 긴장 수준에 현재 흑 증가. 신호 대 잡음 비율을 최적화 하기 위해 spectro 고온 계 통합 시간을 조정 합니다. 시간-선형성의 spectro 고온 계는 배달 시 검사 되어야 한다. 알아서 하지 spectro 고온 계 포토 다이오드를 포화. 흑 체 온도 안정화 합니다. 흑 체 방출 빛남, 그리고 따라서 spectro 고온 계 신호는 안정 (온도 약 1500 K에서 일반적으로 10 ~ 20 분) 때까지 기다립니다. 장치에 전체 파장 범위에 발광 스펙트럼을 기록 합니다. 메모리 버퍼를 완전히 채우기 (256 인수). 그런 다음, 각 채널에 대 한 평균 휘도 값을 가져가 라. 650에서 보정 하는 채널에 의해 기록 된 강도 사용 하 여 정확한 흑 체의 온도를 측정 (단계 1.4.1-1.4.2) nm. 흑 체 온도 결정 되 면 흑 체 빛 Lλ, 방정식 1를 사용 하 여 계산 합니다. 나머지 채널의 spectro 고온 계 흑 소스 (약 200 그들의)에 대 한 보정 수 있습니다. 488 사이 범위를 잘라 nm와 515 nm와 980 nm, 1,011 nm 소음을 줄이기 위해. 통합 시간 특정 보정 (전송) 기능을 얻기 방정식 5,ICountsav 가 평균 실험 강도 각 spectro 고온 계 채널 및 ti 에 의해 측정 하는 것은 통합 시간 이다. 평균 값을 버퍼에 누적 256 인수 인계. 크로스는 K(λ)은 온도 확인 하기 위해 다양 한 흑 체 온도에 단계 1.4.1-1.4.10의 spectro 고온 계 교정 절차를 반복 합니다.참고: 배경 잡음만 다른 흑 체 온도에서 변경 해야 합니다. 통합 시간 관련 실험 빛 스펙트럼을 곱하여 실제 샘플 측정, 얻을 빛 스펙트럼 (ICounts(λ) /ti) 함수 K(λ)에 의해. 2입니다.샘플 설치 주의: 경우 샘플 방사성, 광학 품질 창과 광학 테이블을 갖춘 알파 꽉 장갑 상자에 전체 절차 수행 합니다. 샘플은 특히 방사성 경우에 (Pu 또는 오전 같은 강한 γ-방출 포함), 납 가운 착용 고 장갑 그것을 설치 하는 동안. 방사선 검출기를 사용 하 여 β와 γ 방사선의 주요 방향 식별. 흑연, 몰 리브 덴, 또는 텅스텐 나사 (그림 1의 하단 왼쪽된 인세트 참조)로 고정 하 여 소유자에 샘플을 탑재 합니다.참고: 흑연에 비해, 모 또는 W 나사 그들은 샘플의 열 흑연 보다는 더 균형 나사에 영향을 미칠 수 있지만 더 나은 기계적 안정성을 확인 합니다. 이상적인 샘플 모양 디스크 직경 약 8 mm 두께 2 m m 이상 이다. 그러나, 조절 나사를 사용 하 여 다른 형태의 샘플의 분석을 허용 하 고 또한 매우 작고 불규칙 한 크기. 이 유연성은 특히 유리한 방사성 파편 조사 하는 때마다입니다. 원통형 압력 용기 (또는 오토 클레이 브, 그림 1에서 도식화로) 샘플 및 홀더를 배치 합니다. 배 축에 수직으로 샘플을 탑재 합니다. 광학 품질 창 (일반적으로 석 영 또는 융합 된 실리 카)와 선박을 묶습니다. 광학 테이블에 그릇을 수정 합니다. 샘플 실험 동안 소유자에서가 해야 하는 경우에 레이저 광선을 흡수 하기 위해서는 광학 테이블에 압력 용기의 후방 측에 의해 흑연 화면 수정. 3. 레이저 및 고온 계 레이저 정렬 광학 테이블, 실험실에 고 출력 레이저 빔을 전달 하는 섬유 광학 초점 단위를 몇 가지.참고: 이렇게, 최대 관심을 그들에 게 돌이킬 수 없는 손상을 초래할 수 있는 광섬유에 꼬임의 형성을 피하기 위해 지불. 필요한 레이저 스폿 사이즈 샘플 표면에 초점 장치 및 샘플 표면 사이의 적당 한 초점 거리를 얻기 위해 초점 단위에 적절 한 렌즈를 선택 합니다. 레이저 점 크기는 고온 계 측정 점의 주위 온도 동질성을 보장 하기 위해 (약 3 m m2) 자리 자욱한 고온 계 보다 적어도 10 배 큰 다는 것을 확인 하십시오.참고:이 제한 된 레이저 스폿 사이즈는 모든 특정 실험의 목적에 따라 조정할 수 있습니다. 예를 들어 작은 자리 높은 레이저 전원 밀도 이어질 것입니다. 따라서, 그것은 더 높은 온도 도달할 수 있을 것입니다 하지만 샘플 표면의 더 제한 된 영역에. 낮은 최대 온도 달성 될 것입니다 반대로, 더 큰 레이저 스폿 샘플에 걸쳐 더 균일 온도 분배를 보장 됩니다. 초점 단위와 샘플 표면 사이의 초점 거리만 부과 등 다양 한 광학 구성 요소와 샘플, 그들 사이 장갑 상자 벽의 존재의 처리 등 기하학적 constrictions로. 광학 테이블에 모든 광학 부품 필요 (레이저 광학, 하지 불안 증후군 분석 및 고온 계에 대 한 아칸소+ 레이저)를 탑재 합니다. 오토 클레이 브를 통해 샘플 표면에 적색 레이저 자리를 정렬 (그리고, 만약 존재 한다면, 글러브 박스) 창. 레이저 스팟 샘플 표면 보다 작은 경우, 샘플의 센터에 또는 (예를 들어, 샘플의 두 개의 서로 다른 영역 간의 인터페이스) 관심의 특정 영역에서 그것을 수정.참고: 현재 고 출력 레이저 또한 갖춘 저전력 그-Ne 레드 레이저 정확 하 게 동일한 광학 경로 따라. 시스템을 정렬 하기 위한 파일럿이 레이저를 켭니다. 빨간 레이저 점 크기 고 출력 적외선 광선의 진짜 자리 크기 보다 약간 다른 것입니다. 그러나, 맞춤 절차에서 차이 무시할 수 수 있습니다. Ar+ 레이저를 켜고 빨간 파일럿 레이저 샘플 표면에 반점의 중앙에 맞춥니다. 고온 계 맞춤 수정 하는 고온 계와 광학 테이블 spectro 고온 계 샘플, 그들의 축 최대한 가까이 보고에 대 한 편리한 위치에 샘플 표면에 수직. 대략 포인트는 고온 계 및 샘플 향해 spectro 고온 계. 각 접 안경 통해 보고, 목표 샘플을 제대로 볼 있는지 확인 합니다. 정확한 위치 및 초점 거리에서 고온 계를 정밀 하 게 정렬 하기 위해 유연한 램프 고온 계 접 안 렌즈에 빛 날. 고온 계 격 막의 날카로운 이미지 샘플 표면에 투영 되는지 확인 합니다.참고: 모두 고온 계와 spectro 고온 계, 샘플에서 방출 되는 열 방사는 목표 (렌즈 겨냥 틀)에 의해 수집 된 이며는 막 통해 포토 다이오드 발견자에 초점을 맞춘. 이 다이어 프이 램의 이미지는 고온 계의 접 안경 통해 명확 하 게 표시 됩니다. 이 자리는 대략 원형, 직경 1 m m.의 현재 설정,이 장치 보정을 영향을 미칠 수 있기 때문에 고온 계 목표 설정으로 재생 하지 마십시오. 빨간 파일럿 레이저 자리 고 자리 아칸소+ 블루 레이저 고온 계 다이어 프 램 이미지를 맞춥니다. 가늘게 spectro 고온 계를 정렬 하기 위해 단계 3.2.3-3.2.4에서 동일한 절차를 반복 합니다. 반사 검사 대부분 오토 클레이 브에서 온 빨간 파일럿 레이저 (흰 종이의 시트의 도움으로 눈으로 명백한), 기생충 반사 확인 신중 하 게 (그리고 경우, 글러브 박스) 윈도.참고: 이러한 반사 또한 가져오는 될 샘플 표면에서 잘 반사 금속 샘플 분석 하는 경우. 이러한 반사는 샘플 고 출력 적외선 레이저 빔을 조사 하는 경우 매우 위험 합니다. 어디에 기생충 반사 확인 된 흑연 화면 (흡수)를 배치 합니다.참고: IR 레이저 빔 반사 적 인간 때 하지만 그들은 구울 수 있는 광학 및 전자 부품 및 글러브 박스 부품, 또는 그들은 금속 실험실 도구에 의해 추가 반영 될 수 있습니다. 따라서, 그들은 그들의 근원에 최대한 가까이 적절 한 흑연 흡수에 의해 중지 되어야 합니다. 4. 충전 압력 용기 압력 용기는 진공 펌프와 적합 한 파이프를 통해 가스 공급 시스템에 연결 합니다. 가능 하다 면, 압력 계, 뿐만 아니라 압력 용기에는 산소 분석기를 연결 합니다. 아래는 레이저 열 실험을 수행 한다 (가스 또는 가스 혼합물) 분위기를 선택 합니다.조사를 샘플에 따라 분위기와 생산 화학 조건을 선택 합니다. 어떤 분위기, 진공을 처음 사용할 선택 된 실험적인 분위기 적으로 무료 산소의 경우에 특히 공기, 어떤 상호 오염을 피하기 위하여 압력 용기를 펌프. 만약에 가능 하다 면,이 O2 분석기의 낮은 검출 한계를 달성 “제거” 절차. 그것을 비우는 후 오토 클레이 브 압력 요구에서 선택한 가스 채워 놓습니다.참고: (예를 들어, 상전이에 압력 효과 공부에 대 한) 압력솥 내부는 다른 압력을 설정할 수 있습니다. 그러나, 표준 실험 설정 0.2-0.3의 가스 압력 (대기압)에 관하여 MPa 샘플 증발 현상을 가능한 한 많이 감소 시키기 위하여. 현재 실험의 대부분은 레이저 열 실험을 통해 초기 샘플 구성 유지 불활성 분위기 (아르곤 가압된)에서 수행 됩니다. 그러나, 특별 한 연구, 대 한 (압축된 공기, CO/CO2 혼합물, 등)을 산화 또는 감소 (Ar + H2) 대기 채택 될 수 있다, 너무. 오토 클레이 브를 작성 후 레이저 열 실험을 시작 하기 전에 산소 잠재력 산소 분석기에 안정화가 있는지 확인 합니다. 5. 수집 시스템 설정 두 고온 계 채널 연결 (488는 증후군 및 650 nm 온도 분석에 대 한 nm) 오실로스코프는 아날로그/디지털 (광고) 컨버터 역할을. Spectro 고온 계에 대 한 5.1 단계를 반복 합니다.참고: 채널의 그것의 큰 수, spectro 고온 계 자체 수집 단위 함께 갖추고 있다. 이 신호는 오실로스코프에서 오는 외부에서 트리거될 수 있습니다. 고 출력 레이저 포 텐 쇼 미터는 고온 계로 동일한 오실로스코프에 연결 합니다. 오실로스코프 입력된 플러그 3 개 이상 있는지 확인 합니다. 그렇지 않으면, 그것에 추가 장치를 연결 하 고 그들을 동기화. 실험 데이터는 고온 계에서 오는 수 정확 하 게 그리고 완전히 기록 하는 방식에서 (수집 창 진폭, 오프셋, 및 연소 기간) 오실로스코프 매개 변수를 설정 합니다. 데이터는 제대로 기록 하 고 각 실험 후 저장 오실로스코프 화면을 확인 하십시오. 수집 시스템에 대 한 적당 한 트리거를 설정 합니다. 예를 들어 트리거 레이저 포 텐 쇼 미터에서 나오는 신호 해당 첫 번째 고 전력 펄스의 발병 하는 특정 임계값을 허물 때 오실로스코프는 샘플을 전송 하 고 오실로스코프 소프트웨어의 도움으로 설정 합니다. 확인, 오실로스코프 트리거링 되므로 레이저 포 텐 쇼 미터에서 두 고온 계 채널에서 오는 신호를 기록 하기 시작을 또한 spectro 고온 계에 수집 트리거 신호를 보냅니다. Pc 오실로스코프를 연결 합니다. 직접 삽입 소프트웨어 교정 식 2, 3 및 4 온도 대 시간 곡선 (thermograms) PC 화면에 직접적으로 기록 된 강도 그릴 수 있습니다. 6. 레이저 열 샷 레이저 열 프로그램을 설정 합니다. 만약에 가능 하다 면, 직접 레이저로 연결 된 PC에서에서 그것을 할. 2500 K 넘어 녹는 내 화 재료, 레이저 프로그램의 시작 부분에 사전 난방 단계를 설정 합니다. 10 ~ 30 지속 느린 난방 단계 구성 되어 s, 동안 샘플은 낮은 레이저 전력 밀도 (약 50 W c m-2)가 열 온도 1, 500와 2000 공화국 사이 일정 한 레벨에서 안정 될 때까지참고: 사전 난방 단계 수 있는 쉽게 균열 파괴 샘플 그것 이상 2500 K 실내 온도에서 시작에 직접 해 고 한 경우는 열 응력을 감소 시킨다. 또한, 그것은 샘플 표면에서 가능한 불순물을 제거할 수 있습니다. 레이저 용 해 실험에 대 한 가장 좋은 방법은 직접적인 경험에 따라 설립 되었습니다. 사전 난방 단계 후에 그것의 녹는 온도 이상의 샘플 난방 여러 높은 전원 레이저 촬영의 순서를 설정 합니다. 3-4 촬영, 후 샘플 수 다시 실내 온도에 냉각의 사이클을 정의 합니다. 샘플 조건 추가 촬영을 진행 하기 전에 확인 하십시오.참고: 샘플 너무 강렬한 열 스트레스를 피하기 위해 다시 두 발 사이 실내 온도에 냉각 허용 해야 하지. 필요한 전원 레이저 자리와 조사 자료에 따라 다릅니다. 일반적으로, 내 화 산화물 UO2처럼,에 대 한 약 500 W c m-2 의 전력 밀도 몇 백 ms에 소재 표면 녹기 충분 하다. 펄스 길이에 가능한 관찰된 열 체포 온도 의존에 대 한 확인 하기 위해 연속 고 출력 레이저 펄스의 기간 (및 각 전력 밀도) ms의 몇 수만 몇 s 사이 다. 이 방법에서는, 상전이 열/냉각 주기 동안 열역학 평형에서 발생 여부를 확인 합니다.참고: 짧은 펄스를 보장 것 이다 열역학 평형 조건이, 긴 펄스 액체 질량 더 이상 지켜질 것 때문에 피해 야 하는 반면 주입구에 의해 샘플 표면, 고 떨어져서, 그것은 샘플을 손상 할 것 이다 격 납 (홀더 및 고압) 레이저 열 실험 동안 고 출력 레이저 방사선을 막이 코팅된 보호 창에 의해 주요 실험실에서 분리 컨트롤 룸에 있어.참고: 실험 존재 필요한 경우 주요 실험실에서 레이저 촬영 하는 동안, 그것은 보호 안경을 착용 하는 것이 필수적입니다. 첫 번째 흑연 흡수에 레이저 광선을 촬영 하 여 설정 레이저 프로그램 제대로 작동 하는지 확인 합니다. 이 테스트를 사용 하 여 단계 5.5에서에서 배열 하는 트리거 시스템의 기능 올바른지 확인. 모든 확인이 성공, 빨간색 파일럿 레이저를 비활성화 하 고 고 출력 빔에 스위치. 모든 안전 스위치를 해제 하 고 샘플에서 레이저 조사 프로그램을 시작 합니다. (일반적으로 사전 난방 단계 플러스 3 개 또는 4 개의 고 전력 펄스) 레이저가 열 및 냉각 사이클의 끝에, 완전히 또는 부분적으로 녹은, 담금질, 깨진, 그대로 인지 나타내는 샘플, 등의 모양을 확인 합니다. 샘플은 그대로, 그것에 몇 가지 레이저 난방 사이클을 반복 하 고 결과 반복성에 대 한 확인 합니다.참고: 성공적인 경우에, 이상 40 촬영 같은 샘플에 반복할 수 있습니다. 그러한 큰 데이터 집합 처리 될 수 있습니다, 그리고 단계에 대 한 저조한 평균 값 전환 포인트 측정 불확실성의 사운드 통계 분석에 의해 지원. 7입니다.데이터 분석 열상 질적 분석 품질과 고온 계에 의해 기록 된 실험 thermograms (레이저 총 하나씩)의 기능을 확인 합니다. 최대 온도 도달 충분히 높은 경우에, 열 체포에 해당 응고 하이 thermograms의 냉각 부분에 표시, 확인 합니다.참고: 비슷한 열 체포는 일반적으로 거의 열 측면에 표시 빠른 레이저가 열 용 해 엔 탈피 보다 더 많은 에너지를 제공 하기 때문에 열역학 평형 조건을 실험11 의이 부분에 주로 하지 실현 됩니다. . 최대 온도가 너무 낮은 경우에, 더 높은 전력 펄스 레이저 열 주기를 반복 합니다. Thermograms는 너무 불규칙 하거나 탈 선 하는 경우 새로운 샘플에서 레이저-가 열/냉각 사이클을 반복 (예를 들어, 명백한가 열 및 냉각 샘플의 레이저 펄스를 수행 하지 않습니다), 어떤 경우는 샘플 아마 파산, 금이, 또는 증발 동안 실험. 방사 율 분석 실제 샘플 온도 thermograms을 얻으려면 설정, spectro 고온 계 데이터의 도움으로 샘플의 NSE. 1.4.11 단계에 설명 된 대로 빛 스펙트럼으로 원시 spectro 고온 계 데이터를 변환. 잘 설립 온도 지점 T * (예를 들어, 공 융 기준점 [참고 ZrC-C]) 조사 시스템에 존재 하 고 현재 실험에서 측정 된다, 다음 얻을 NSE 진짜 시체에서 직접 빛 스펙트럼 Lλ, rb 해당 열 체포에 측정. 실제 온도 알면 T * 열 체포 발생 빛 Lλ, rb를 통해 공식 1를 계산 합니다. 이 경우에, 그것의 정의에서 직접는 방사를 얻을: 방정식 9입니다. 없는 설립된 온도 포인트를 사용할 수 있는 경우 다음 빛 스펙트럼 Lλ, rb, NSE ελ 와 온도 T 무료 매개 변수 방정식 1에서로 적합. 그런 다음, 전체 스펙트럼에 맞게 최고의 가치로 방사 율 및 온도 얻을.참고:이 절차는 회색 체 가정은 유효한 (즉, 방사 파장은 대부분이 작품에서 조사 자료에 대 한 사실에 의존 하지 않는 경우) 경우 숫자로 정확 합니다. 그렇지 않으면, 추가 방사 파장 의존에 가정 문학 데이터의 도움으로에 λ ελ 의 파라메트릭 의존을 추정 하기 위해 필요 하다. Ελ 결정 되 면 650에 그 값을 곱하면 압력 용기의 광 투과율에 의해 nm (그리고, 있는 경우는 글러브) 650 nm (창 공급 업체에서 제공)와 대체 창 식 3에 그것. 이 방법에서는, 고온 계 측정에서 실제 온도 thermograms을 가져옵니다. 위상 전환 연구 온도 열 체포 또는 굴절으로 전환 포인트의 실제 온도 thermograms 냉각 측면에서 발생 하는 단계를 식별 합니다. 내 화 재료, 용융 점과 NSE 값의 잘 설립 (예를 들어, 몰 리브 덴, 텅스텐, ZrC, 또는 UO2)에 첫 번째 레이저 열 실험을 수행 합니다. 이 좋은 기능 사운드 테스트 및 방법의 정확도 제공 합니다.참고: 두고 분석 가능한 굴절에서 난방에 있는 측면 thermograms의 그들은 매우 불확 실한 해석의 비 평형 현상의 결과 있을 수 있습니다 경우. 하지 불안 증후군 신호를 동시에 표시, 실제 온도 thermograms을 비교 합니다. 하지 불안 증후군, 진동 및 굴절 표시 될 위치 대응의 도움으로 샘플 표면에 새로운 단계의 개시를 식별 합니다. 위상 전환 온도 고온 계에 의해 최종 NSE 변경 같은 상전이 관련 된 기록 비교. 8. 샘플 복구 오토 클레이 브에서 압력 놓고 대기 압력에 안정. 오토 클레이 브 열고 떨어 졌 가능한 조각 뿐만 아니라 녹 인 및 refrozen 샘플을 제거 합니다. 아마도 포스트 소재 특성화를 용 해에 대 한 이러한 부품 사용 합니다. 청소는 압력솥 신중 하 게, 특히 광학 창, 조직 및 에탄올의 도움으로. 샘플 및 적절 한 용기에 조각을 수집 합니다. 글러브 박스 높은 방사성 샘플 일 경우 리드 상자 안에 컨테이너를 배치 합니다.

Representative Results

그림 3 다양 한 산화 수준의 이산화 우라늄에 측정 하는 실제 온도 thermograms 표시 (UO2 + x 0 < x < 0.21)2. 이산화 우라늄은 현재 안전성에 가장 일반적인 연료의 필수 요소입니다. 다양 한 산소 하이퍼 산출할 수준의 그것의 산화는 정상과 비정상 반응 조건12에서 발생할 수 있습니다. 현재 방법으로 보였다는 UO2 산화 용융/응고 포인트의 극적인 감소 귀 착될 수 있다 최대 700 케이 의해 이 경우에, 실험 (그는 10 MPa) 보다 높은 불활성 가스 압력에서 높은 온도에서 높은 비 합동 증발을 억제 하기 위해 실시 했다. 그림 3: Thermograms는 레이저가 열 화학 량 론 그리고 hyperstoichiometric 이산화 우라늄 샘플 ( 2) 후 측정.예를 들어 더블 펄스 레이저 프로 파일 그래프에 표시 됩니다. Thermograms 여러 UO2 + x 작곡에 대 한 기록 됩니다. 응고 체포 크게 다른 온도에 녹는/냉동 온도 및 응고 역학의 진화 U O 시스템 공개 샘플 구성에 따라 다른 기능을 발생 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 4는 고온 (직선) 계 및 spectro 고온 계 thermograms 플루토늄이 산화물 샘플 레이저 (0.3 MPa에서 압축 공기) 산화 분위기에서가 열에 기록. 또한, PuO2 는 필수적인 핵 연료 구성 요소입니다. 같은 그림에서 두 개의 빛 스펙트럼 spectro 고온 계 다른 온도에 의해 측정 인세트 커브 피팅 실험 데이터와 해당 하는 T 와 ελ 값 함께에서 표시 됩니다. 현재 연구 감사 PuO2 녹는 동결 온도 3,017 K ± 28 K, 300 K 보다 더 높은 이전 보다 전통적인 난방 방법으로 표시 된 재평가 했다. 그 방법을 결과 샘플 및 포함, 현재 원격 난방 방식으로 크게 해결 되었습니다 문제 간의 광범위 한 높은 온도 상호 작용에 의해 확실히 영향을 굴복. 그림 4: Thermograms 융 점 넘어 온수 플루토늄 산화물 샘플 레이저 측정.기본 그래프: 검은 실선 및 전체 블랙 서클 대표 thermograms 기록한 산화 분위기 아래 PuO2 샘플에 빠른 고온 계 및 다중 파장 spectro-고온 계, 각각. 흰 동그라미 피팅 플랑크의 생기 법12실험적인 생기 데이터에 의해 얻은 스펙트럼 emittance 값을 나타냅니다. 2 인세트 예제 스펙트럼 기록 (검은 동그라미)를 표시 하며 (빨간 실선) 액체 및 동결 PuO2, 각각, 회색 체 가정 내에서. 이러한 플롯에 래 디 언스 Lλ 첫 번째 방사선 상수 c1 편의 위해 정규화 됩니다. 주요 열상 0.83의 평균 일정 emittance를 사용 하 여 얻은 했다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 5에서는 UO2 와 다른 분위기에서 ZrO2 의 혼합물에서 수행 레이저 열 펄스의 시리즈. 이 테스트 조건에는 NPP에 실수로 온도 소풍의 경우 생성 될 수 있습니다의 대표 이다. 용융/응고 점 실험 아르곤에서 실시 하는 경우 연속 촬영을 통해 잘 반복 온도에서 발생 합니다. 다른 한편으로, 용융/응고 온도 압축 공기에서 레이저-난방 사이클을 수행 레이저 샷 이상 감소. 이 후자의 경우에,을 보여줍니다 샘플 되 면 점점 레이저 열 치료 동안 산화 된다. 또한, 혼합된 UO2-ZrO2 산화물의 경우 녹는점 우울증 산소 하이퍼 산출할 조건에서 발생합니다. 그림 5: Thermograms 가압된 아르곤 및 공기 혼합된 UO2-ZrO2 샘플 측정.용융/응고 점 실험 아르곤 (검은 thermograms)에서 실시 하는 경우 연속 촬영을 통해 잘 반복 온도에서 발생 합니다. 다른 한편으로, 용융/응고 온도 레이저 난방 사이클을 압축 공기 (녹색 thermograms)에서 수행 레이저 샷 이상 감소. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 더 보기는 소재, 우라늄 dicarbide의 다른 종류를 염려 한다. 이것은 잠재적으로 더 높은 온도에서 작동 하 고 상당히 붕괴 사고의 위험을 감소, 핵 연료의 대체 개념에 대 한 가능한 소재로 상상 된다. 탄소 (명목상 UC2.8)의 큰 과잉을 포함 하는 새로운 구성 현재 접근14와 함께 처음으로 조사 되었다. 이 경우 UC2-C 공 융 온도, 27,37 K ± 20 K에 설립 2,050 K ± 20 K. 고정 큐빅 정방 (α→β) 고체 전환 함께 래 디 언스 참조로 사용 되었다 최대 0.7 650에 증가를 탄소 풍부한 화합물의 NSE 측정 되었다 nm, ελ = 0.53 값 순수한 우라늄 dicarbide 공 융의 한계에 대 한 설립 되었습니다 반면. 이 증가의 과잉 탄소 demixing에 비추어 분석 되었고 liquidus 온도 (3,220 ± UC2.8에 대 한 50 K)의 결정에 대 한 사용. 큐빅 정방 전환에 의해 육성도 빠른 고체 확산으로 인해 실내 온도에 냉각 후 플레이트 공 융 구조의 명백한 흔적을 관찰 수 있었다. 공 융 표면 C/UC2-x 구성 수 질적, 하지만 지속적으로, 다음 기록 된 빛 스펙트럼의 도움으로 냉각 과정 그림 6에서와 같이 a와 b.흥미롭게도, 현재 NSE 분석, 액체 단계에서 외부 액체 표면 거의 전적으로 우라늄 dicarbide의 구성 했다, 반면 그것 있어 빠르게 농축 동결 시 demixed 탄소에 보여주었다. Demixed 탄소 추가 냉각 하는 동안 내부 대량으로 신속 하 게 마이그레이션할 것 같았다. Α→β 전환에서 우라늄 dicarbide는 다시 전체 외부 표면 거의 다루고 있습니다. 이러한 세부 사항을 매우 높은 온도에 물자의 모든 원자로 노심에서 통제 온도 증가 시 화합물의이 종류의 분석을 위해 필수적입니다. 그들은 그들이 거의 다른 실험 조사 기술에 액세스할 수 있을 것 이라고 하는 반면 빛 분광학 분석, 기초만 추론 했다. 그림 6: 열상 및 빛 스펙트럼 가압된 아르곤14UC2.8 샘플 측정.열상의 냉각 단계)는 UC2.8 샘플에 기록. 전체 동그라미는 빛 스펙트럼 spectro 고온 계에 의해 기록 된 시간 포인트를 식별 합니다. 빛 스펙트럼의 b) 4 예는 다른 온도에 기록. 그림 5a에서 표시 열 체포에 해당 하는 다른 세 동안 그들 중 하나 액체 UC2.8에 기록 되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Discussion

여기에 제시 된 레이저 열 방사선 분광학 기술은 내 화 재료¹⁵^, ¹⁶의 매우 높은 온도 녹는 행동의 조사에 대 한 혁신적이 고 효과적인 방법으로 인식 된다. 원격 및 거의 컨테이너 없는 자연, 덕분에 여기에 제시 된 예제 결과 같이 특히 방사성 핵 물질의 실험 연구와 안전성에 코어 붕괴 사고의 시뮬레이션에 적합입니다.

평가 실험 데이터는 현재 방법으로 얻은, 하는 동안 하나 의심 상전이 실험 점의 정확한 임무에 대해 주의 해야 한다. 사실, 매우 높은 온도에서 소재 속도 매우 빠르고, 수 그리고 합동 비 증발, 분리, 화합물 분리, 등 여러 제어 하기 어려운 현상 발생할 수 있습니다. (유도) 같은 전통적인 난방 방법으로 비교에서 알 수 있듯이, 이러한 현상의 가능한 발생 빠른 난방 및 냉각 현재 같은 기법을 사용 하 여 정당화. 다른 한편으로, 의심 열역학 평형 조건 현재 난방 조건에서의 효과적인 안정화에 대 한 발생할 수 있습니다. 절차 섹션에 설명 된 대로 이러한 조건 열 사이클의 빠른 레이저 난방 부분에서 보장할 수 없습니다. 그러나, 열역학 평형 조건은 확실히 냉각 단계에서 생산 됩니다. 이 문은 현재 실험 시뮬레이션 컴퓨터 코드의 도움으로 확인 되었고 평형 근처 질량 및 로컬 위상 전환¹¹의 열 확산에 따라. 그럼에도 불구 하 고, 조건을 확인 해야 합니다 항상 크로스-실험적으로, 일반적으로 잘 평가 측정 하 여 열역학적 평형 단계 참조로 취할 수 있는 화합물에 전환 온도. 이것은 용융/응고 점의 W, Mo (1990¹⁷^,^,¹⁸¹⁹의 국제 온도 눈금에 보조 참조 온도 권장), UO₂, 현재 작업에서 실현 그리고 ZrC C 융⁹. 이러한 기준점 측정 정확도 현재 접근의 불확실성 평가 필요 이기도 합니다.

극단적인 조건 및 레이저-난방 실험에서 생산 하는 현상, 정확한 불확실성 분석은 생산 데이터의 유용성에 대 한 최고 이다. 성공 측정 캠페인에 대 한 현재 위상 전환 온도 데이터에 영향을 미치는 누적 불확실성 ± 1 %의 2 표준 편차 범위 요소 (95% 신뢰)와 절대 온도에 도달 해야 한다. 이러한 불확실성 밴드 어디, 예를 들어 비 합동 증발 변경 될 수 있습니다 실제 샘플 구성 통제 방법으로 실험 하는 동안 복잡 한 물질에 대 한 더 큰 수 있습니다. 이러한 불확실성 오류 교정 절차, NSE 결정, 샘플 안정성 (즉, 반복성, 연속 레이저 샷, 실험 단계 전환 온도 이상), 등 계정에 소요 됩니다. 용융/냉동 PuO 포인트₂ 에 대 한 불확실성 분석의 예는 표 1에 보고 됩니다. 다양 한 불확실성 기여는 독립적이 고 오류 전파 법³결합으로 여겨질 수 있다.

표 1: 용융/냉동 PuO 포인트₂ 에 대 한 불확실성 분석의 예 (참조^13).
의미와 c₂ 의 가치는 방정식 1에 코멘트와 함께 소개 섹션에 보고 됩니다. Δε_λ ε_λ 에 대 한 회색 체 가정 내에서 실험 빛 스펙트럼을 피팅 하 여 얻은 실험 평균값 주위 두 개의 표준 편차에 대 한 여기 의미 합니다. ΔT_c , δT_d 각각 두 개의 표준 편차 평균 표준 램프 외삽된 온도 곡선 및 평균 실험적인 응고 온도 값을 나타냅니다.

일부 개선 현재 실험적인 접근에 만들 수 있습니다. 특히, 복잡 한 파이프 시스템을 통해 질량 분석기와 압력 용기를 연결 하면 검출, 적어도 품질로, 뜨거운 물질에 의해 발표 증기 깃털에 있는 종의 있습니다. 또한, 온도 카메라의 구현 이다 예견 온도 분포의 2 차원 연구에 대 한 뜨거운 샘플 표면에 가능한 이질성 및 분리 효과 탐지 하기 위해. 마지막으로, 현재 장비를 본따서 안전 시스템에서 개선 예견 됩니다. 사실, 여기에 사용 되는 현재 유리 야 글러브 박스는 높은 방사성 물질 우라늄, 그것은 효과적으로 α 방사선을 차단 한다는 사실 덕분에 초우라늄 요소 등의 연구에 대 한 적합 합니다. 그러나,이 방패 진짜 방사능된 핵 연료에 포함 된 핵 같은 강한 γ 방출의 수사를 위한 충분히 안전 하지 않습니다. 리드-벽으로 셀을 포함 하 여 새로운 시설 실제 안전성에서 오는 핵 연료의 연구에 대 한 예견 이다.

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자는 그것의 기관 연구 프로그램에서 현재 연구 자금에 대 한 유럽 위원회에 게 빚을. 또한, 제시 연구 EC 6^번째 통해 융자 되었다 F-브리지 프로젝트 및 7^번째 FP는 안전한 아래와 부드러운 프로젝트에서 프레임 워크 프로그램.

Materials

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

Riferimenti

Manara, D., Ronchi, C., Sheindlin, M., Lewis, M., Brykin, M. Melting of stoichiometric and hyperstoichiometric uranium dioxide. J. Nucl. Mater. 342, 148-163 (2005).
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).
De Bruycker, F., et al. Reassessing the melting temperature of PuO2. Materials Today. 13, 52-55 (2010).
Kato, M., et al. Solidus and liquidus temperatures in the UO2-PuO2 system. J. Nucl. Mater. 373, 237-245 (2008).
DeWitt, D. P., Richmond, J. C., DeWitt, D. P., Nutter, G. D. Thermal radiative properties of materials. Theory and practice of radiation thermometry. , (1988).
Neuer, G., Fiessler, L., Groll, M., Schreiber, E., Schooley, J. F. Critical analysis of the different methods of multiwavelength pyrometry. Temperature: its measurement and control in science and industry, vol. 6. , 787-789 (1992).
Jacquemain, D., et al. . Nuclear Power Reactor Core Melt Accidents. State of Knowledge. , 1835-1838 (2015).
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).
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).
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).
Olander, D. Nuclear Fuels- Present and future. J. Nucl. Mater. 389, 1-22 (2009).
De Bruycker, F., et al. The melting behaviour of plutonium dioxide: A laser-heating study. J. Nucl. Mater. 416, 166-172 (2011).
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).
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).
Guéneau, C., Chartier, A., Van Brutzel, L. Thermodynamic and thermophysical properties of the actinide oxides. Comp Nucl Mater. 2, 21-59 (2012).
Preston-Thomas, H. The International Temperature Scale of 1991 (ITS-90). Metrologia. 27, 3-10 (1990).
Preston-Thomas, H. Erratum: The International Temperature Scale of 1990 (ITS-90). Metrologia. 27, 107 (1990).
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).

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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).