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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Química

Laser-chauffage et spectrométrie de la Radiance pour l’étude des matières nucléaires dans des Conditions simulant un Accident de la centrale nucléaire

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

Nous présentons des expériences quel carburant nucléaire réel, bardages, et matériaux de confinement sont chauffé à des températures au-delà de 3 000 K, alors que leur comportement est étudié par spectroscopie de radiance et analyse thermique au laser. Ces expériences de simuler, à l’échelle laboratoire, la formation d’une phase lave suite à un effondrement de cœur de réacteur nucléaire.

Abstract

Accidents majeurs ou graves ont eu lieu trois fois dans les centrales nucléaires (centrales nucléaires), à Three Mile Island (USA, 1979), Tchernobyl (ex-URSS, 1986) et Fukushima (Japon, 2011). A effectué des recherches sur les causes, la dynamique et les conséquences de ces mésaventures dans quelques laboratoires dans le monde au cours des trois dernières décennies. Les objectifs communs de ces activités de recherche sont : la prévention de ces sortes d’accidents, tant en existantes et potentielles nouvelles centrales nucléaires ; la minimisation de leurs conséquences éventuelles ; et en fin de compte, une pleine compréhension des risques réels liés à APM. À l’Institut de l’European Commission Centre commun de recherche des transuraniens, une installation de spectro-pyrométrie rayonnement laser-chauffage et rapide est utilisée pour la simulation en laboratoire, sur une petite échelle, d’effondrement de noyau APM, le type le plus commun des graves accident (SA) qui peut se produire dans un réacteur nucléaire en raison d’une défaillance du système de refroidissement. Cet outil de simulation permet des mesures rapides et efficaces de haute température sur des matières réelles nucléaires, comme le plutonium et les échantillons de carburant de fission contenant des actinides mineurs. À cet égard et en sa capacité de production de grande quantité de données concernant les matériaux dans des conditions extrêmes, l’approche expérimentale actuelle est certainement unique. Pour des concepts actuels et futurs de la PPN, résultats de l’exemple sont présentés sur le comportement de fusion des différents types de combustibles nucléaires : uranium-plutonium oxydes, carbures et nitrures. Résultats sur l’interaction de la haute température des combustibles d’oxyde avec des matériaux de confinement sont aussi brièvement présentés.

Introduction

Bien que la fission nucléaire est largement présentée comme une source d’énergie à grande échelle, pratiquement inépuisable prometteuse, son acceptation publique complète est toujours bloquée par certains sûreté, sécurité et risques de sauvegarde. L’approche expérimentale présentée dans cet ouvrage vise à répondre à certaines questions de science des matériaux fondamentaux concernant l’une de ces risques, le nombre d’accidents graves (SAs) menant à l’effondrement du noyau dans une centrale nucléaire (PPN). Cela peut entraîner une libération possible des matières hautement radioactives dans l’environnement, avec de graves conséquences, tant pour la santé de la population et l’économie du pays. SAs majeur de ce type ont eu lieu trois fois dans les centrales nucléaires, à Three Mile Island (USA, 1979), Tchernobyl (ex-URSS, 1986) et Fukushima (Japon, 2011). Par conséquent, APM SAs font l’objet de nombreuses recherches dans quelques installations dans le monde, englobants de nombreux phénomènes difficiles et compliquées par des températures très élevées (souvent plus de 3 000 K) et la présence de matières radioactives.

Dans ce scénario, une récente directive par le Conseil européen¹ exige que les pays de l’UE à accorder la priorité absolue à la sûreté nucléaire à tous les stades du cycle de vie d’une centrale nucléaire. Cela inclut réaliser des évaluations de sécurité avant la construction de nouvelles centrales nucléaires et assurant également l’amélioration de la sécurité significatives pour les vieux réacteurs.

Dans ce contexte, un éclat sous atmosphère contrôlée, laser-chauffage et rapide spectro-pyrométrie installation²^,³^,⁴ a été appliqué à la Commission européenne Institut du Centre commun de recherche pour Transuraniens pour la simulation en laboratoire, sur une petite échelle, de la PPN core meltdown. En raison de la taille de l’échantillon limité (généralement sur un cm et 0,1 g-échelle) et le rendement élevé et l’éloignement de chauffage laser, cette approche permis rapide et efficaces mesures de haute température sur les matières nucléaires réel, y compris le plutonium et mineure échantillons contenant des actinides de carburant de fission. À cet égard et dans sa capacité à produire une grande quantité de données relatives aux matériaux dans des conditions extrêmes, la méthode expérimentale actuelle est reconnue mondialement comme étant unique. En effet, autres techniques d’enquête complémentaire issus du chauffage par induction montrent souffrent d’interactions entre l’ échantillon de matériau et le confinement⁵haute température rapides. En outre, si de telles techniques permettent et surtout besoin de plus grandes quantités de matériel pour l’analyse, ils sont moins adaptés que la méthode actuelle pour l’étude des matériaux réels nucléaires, en raison de la radioactivité élevée et de la disponibilité limitée des échantillons.

Dans les expériences actuelles (schématisées à la Figure 1), un échantillon, monté dans un autoclave à atmosphère contrôlée contenu dans une boîte à gants α blindé, est chauffé par un laser Nd : YAG CW de 4,5 kW.

Figure 1 : Montage expérimental spectro-pyrométrie laser-chauffage et radiance.
L’échantillon est fixé avec des vis de graphite (ou de tungstène ou de molybdène) dans un récipient étanche sous atmosphère contrôlée. L’image dans le coin inférieur gauche présente, à titre d’exemple, un disque de₂ PuO fixé avec des vis de graphite. Si l’échantillon est radioactif, le navire doit être monté à l’intérieur d’une boîte à gants étanche alpha. L’échantillon est chauffé par un laser Nd : YAG 4,5 kW à 1 064 nm. Un pyromètre bicanal rapide est utilisé pour l’enregistrement de la température de l’échantillon et le signal rétrodiffusé par un laser Ar⁺ de plus faible puissance. Un plus lent multi-canal spectro-pyromenter est employée pour l’analyse in situ des propriétés optiques de l’échantillon chaud. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Pyromètres rayonnement mesurent l’échantillon radiance L_ex. Il s’agit de la densité de puissance de rayonnement électromagnétique par unité de surface, longueur d’onde et l’angle solide émis par l’échantillon à une température donnée⁶. Elle est liée à la température de surface de l’échantillon T grâce à une fonction modifiée de Planck :

où Lλ est la puissance radiative, ε_λ est l’émissivité spectrale, c₁ = 2· h· c₀ ² est le premier rayonnement constant, c₂ = h· c₀/k_B = 14 388 µm· K est la constante de radiation deuxième, c₀ est la vitesse de la lumière dans le vide, h est la constante de Planck et la constante de Boltzmann k_B . L’émissivité spectrale prend en compte le fait qu’un corps réel rayonnera, à une longueur d’onde donnée et de la température, seule une fraction égale à de la puissance émise par un corps idéal noir à la même température. Par conséquent, prend les valeurs entre 0 et 1, 1 correspondant à l’affaire du corps noir idéal pour la Loi de Planck, qui a été dérivé. Puisque les pyromètres dans ce travail ont toujours mis en place près de la normale en ce qui concerne la surface de l’échantillon, la dépendance de l’angle ε _λ n’a pas été jugée, et « émissivité » fera toujours référence à l’émissivité spectrale normale (NSE). L’ESN doit être déterminée afin de convertir, grâce à l’équation 1 et une procédure de calibrage de pyromètre, L_ex dans la température absolue T.

La température de l’échantillon est détectée à l’aide d’un pyromètre rapide calibré par rapport à lampes standard jusqu’à 2 500 K à λ = 655 nm et. Un éclat supplémentaire de 256 canaux spectro-pyromètre opérant entre 515 nm et 980 nm a été employé pour l’étude de l’ESN (ε_λ) de l’échantillon. Détermination de l’ESN est possible en effectuant un ajustement non-linéaire du spectre d’émission thermique avec l’équation 1²^, ³, T et ε_λ étant les seuls deux paramètres libres. Cette approche s’est révélée pour être acceptablement précis en matériaux réfractaires,⁷ , comme ceux qui sont habituellement présents dans un APM, pour lequel le NSE peut être considérée comme indépendante de longueur d’onde (hypothèse de corps gris) sur une large plage spectrale. Une fois que la température de l’échantillon chauffé au laser est correctement mesurée en fonction du temps, analyse thermique peut être effectuée sur la courbe température-temps (thermogramme).Inflexions ou arrestations thermiques dans les thermogrammes donnent des informations liées aux transitions de phase (liquidus, solidus et transformations de phase isotherme). De plus, en plus d’être nécessaire pour le dosage de la NSE, directe analyse spectrale du rayonnement L_ex émis par l’échantillon chaud permet également une étude in situ des propriétés optiques de la surface étudiée. Il s’agit d’un autre outil de prise en charge pour l’identification des phénomènes de haute température, tels que les transitions de phase, réactions chimiques entre les matières condensées et la phase gazeuse ou les effets de la ségrégation. Une technique supplémentaire appelée reflète le signal lumineux (RLS) analyse²^, ³ est utilisé pour confirmer les transitions de phase. Elle est effectuée à l’aide de la deuxième chaîne de la pyromètre réglé sur une faible puissance (1W) laser Ar⁺ (λ = 488 nm). Ce canal détecte le faisceau laser provenant de la cavité Ar⁺ et réfléchie par la surface de l’échantillon. Un signal RLS constant indique une surface solide, tandis que les oscillations aléatoires apparaissent après fonte due aux vibrations induite par la tension de surface sur la surface de l’échantillon liquide.

En général, réacteurs refroidis à l’eau à l’aide d’éléments combustibles solides, actuellement le type le plus commun de la PPN, possèdent quatre barrières successives afin d’assurer le confinement de la radioactivité,⁸. La première barrière est que la pastille de combustible lui-même, grâce à sa structure cristalline et la porosité micro-macroscopiques, peut contenir les produits de fission solides et une partie des plus volatils. En général, l’élément de carburation est placé dans un revêtement métallique (Zircaloy ou acier) qui fonctionne comme la deuxième étape de la protection. En cas de défaillance du revêtement, la troisième barrière est le navire intérieur entier APM, en général limité par une paroi en acier qui est quelques cm d’épaisseur (système principal). Enfin, le confinement de construction (béton m d’épaisseur) est la dernière barrière de sécurité avant rejet dans l’environnement.

En cas de défaillance de l’eau, système de refroidissement, une SA NPP peut avoir lieu, conduisant à une surchauffe et effondrement de base. Une surchauffe est d’abord due à la chaleur de la fission. Toutefois, en l’absence de refroidissement, une surchauffe peut rester longtemps après la fin des réactions nucléaires en chaîne, en raison de la chaleur résiduelle de décomposition des produits de fission et d’autres espèces hautement radioactifs contenus dans les débris de la centrale nucléaire. En général, la fonte de base partira de la partie centrale de l’élément de combustible, à moins que le point de fusion bas composés (éventuellement eutectiques) se forment à l’interface entre le carburant et le bardage. Le premier objectif de la présente recherche consiste à établir si de tels composés à bas point de fusion peuvent être formés dans les systèmes de véritable carburant-revêtement, et, dans ce cas, ce que la dépression de la température de fusion qui en résulte serait. Afin de répondre à cette question, le comportement de fusion des combustibles purs et mixtes composés doit tout d’abord être profondément appréciée, qui constitue par conséquent un objectif encore plus important de l’approche actuelle. Si le carburant et bardage fondent ensemble, la masse liquide tombent au fond du navire principal rapidement et commencer à réagir avec la paroi en acier et avec l’eau et la vapeur, restant le cas échéant. À ce stade, en acier peut également être fondu ainsi que le carburant/revêtement chaud mélange. Le liquide de lave comme résultant est appelé « corium ». Ce mélange chaud, hautement radioactifs peut se diffuser à l’extérieur de l’enceinte de confinement primaire si la paroi en acier est fondu à travers et finissent par réagir même avec le béton qui constitue l’obstacle plus externe. La chaleur élevée et la grande réactivité des espèces présentes dans le corium peut conduire à la dissociation de l’eau et la production d’hydrogène. Cela pourrait entraîner un risque supplémentaire d’explosions de vapeur et de l’hydrogène (cf. les SAs à Three Mile Island et Fukushima), oxydation lourde, ou (moins probable) hydratation du corium masse et les matériaux structuraux de l’APM. La méthode expérimentale actuelle permet la séparation et l’analyse expérimentale de plusieurs des nombreux mécanismes physico-chimiques complexes liées avec les événements décrits. Outre le composant pur mentionné fonte analyse et carburant-revêtement interaction, l’interaction de haute température plusieurs mécanismes peuvent être étudiées dans des régimes simplifiés, comme entre combustible contenant de l’unité centrale et de l’acier, entre le carburant et le béton, etc… Formation de Corium peut potentiellement être étudiée en présence d’atmosphères différentes (gaz inerte, air, traces d’hydrogène ou de vapeur), produisant des données de référence important pour une compréhension globale des SAs.

L’approche actuelle, particulièrement adapté pour l’étude de laboratoire des matériaux de fusion eleve, a également été utilisée pour l’analyse réussie d’autres, plus novatrices des types de combustibles nucléaires (selon, par exemple, l’uranium carbures ou nitrures) et autres composés réfractaires, tels que les carbures⁹, tantale et hafnium de zirconium, l’oxyde de calcium¹⁰, super alliages métalliques, etc..

Protocol

1. étalonnage pyromètre et spectro-pyromètre Lampes standard de référence Certifiez-vous, calibrés lampes standard des laboratoires nationaux Standard.Remarque : Les deux lampes utilisées ici ont été calibrés avec précision à 650 nm par l’une des institutions de référence standard allemand, le PTB (Physikalisch Technische Bundesanstalt, 2010). Figure 2 : Corps noir source et lampe standard utilisés pour l’étalonnage du pyromètre présent et spectro-pyromètre.Dans la procédure d’étalonnage, le champ visuel pyromètre ou spectro-pyromètre est axé sur la standard source lumineuse (lampe ou corps noir), qui est chauffée à une température connue (et donc émet un rayonnement connu) pour une entrée donnée actuelle. Équations de calibration sont obtenues en introduisant des parcelles expérimentales des tension signaux générés par les pyromètre ou spectro-pyromètre détecteurs de rayonnement en fonction de la température de la source lumineuse. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. Étalonnage de pyromètre Calibrer le canal pyromètre à près de 650 nm avec deux lampes de ruban de tungstène, premier pour les températures entre 1 100 K et 1 800 K et le second entre 1 800 et 2 500 K (Figure 2). Aligner le pyromètre pour le filament de la lampe et l’aiguille (Figure 2). Enregistrer les intensités de pyromètre à diverses températures nominale des ampoules, suivant la feuille de calibrage fournie par le PTB. Tracer des intensités de pyromètre expérimentale en fonction des températures de lampe inverse.Remarque : Le pyromètre est muni d’un amplificateur logarithmique. En conséquence, la tendance devrait être linéaire, au moins pour des températures supérieures à 1 700 K. Linear montage de points expérimentaux permettra d’obtenir l’équation d’étalonnage pyromètre sous la forme : Équation 2où A et B sont les constantes de calibration qui permettent la conversion du signal pyromètre à 650 nm dans la température. Fixer un deuxième canal (photodiode) de la même pyromètre à la même longueur d’onde du laser sonde utilisée pour l’analyse de signal lumineux réfléchi (RLS). Dans le cadre actuel, c’est un Ar+ 0,75 W laser cw rayonnant à 488 nm. Fixer le deuxième canal du pyromètre à 488 nm afin qu’il puisse fonctionner comme un filtre optique pour le SJSR.Remarque : Étant donné que l’analyse RLS est purement qualitative, aucun étalonnage n’est nécessaire pour ce deuxième canal. Température de radiance Notez que Tλ dans l’équation 2 est la température de radiance mesurée par le pyromètre. C’est la température correspondant à l’intensité de l’éclat expérimentale, si elles ont été émises par un corps noir idéal (ελ = 1 dans l’équation 1). Dans des échantillons réels, elle est liée à la température absolue réelle par la formule suivante : Équation 3. Dériver l’équation 1 équation 3 dans l’approximation de . Déterminer le NSE pour les matériaux étudié afin d’obtenir sa température réelle par le biais de l’analyse spectrale de l’intensité de rayonnement (équation 1), enregistré par un spectro-pyromètre multicanal entre 515 nm et 980 nm. Étalonnage de Spectro-pyromètre Calibrer le canal 650 nm de la spectro-pyromètre contre la chaîne de la lampe standard, suivant la même procédure expliquée dans les étapes 1.2.1-1.2.3, ci-dessus. Étant donné que le spectro-pyromètre n’est pas équipé avec un amplificateur logarithmique, mais avec un linéaire, cette fois-ci, tracer le logarithme des intensités expérimentales (ici exprimée en chiffres) contre la température nominale des ampoules afin d’obtenir la calibration constantes C et D pour le canal de 650 nm : Équation 4. Augmenter le courant de chauffage d’une source de corps noir (Figure 2) jusqu’à un niveau où la cavité du corps noir est assez lumineuse pour être visible à le œil nu. Ensuite, aligner l’objectif spectro-pyromètre vers le centre de la cavité du corps noir. Augmenter le corps noir actuel à un niveau où le signal de spectro-pyromètre, simultanément affiché sur un écran de PC, est suffisamment intense pour couvrir entièrement le bruit de fond. Régler le temps d’intégration de spectro-pyromètre afin d’optimiser le rapport signal-bruit. Temps-linéarité de la spectro-pyromètre doit être vérifié lors de sa livraison. Prendre soin de ne pas pour saturer les photodiodes spectro-pyromètre. Stabiliser la température du corps noir. Attendre que le corps noir émis radiance, et donc le signal spectro-pyromètre est stable (généralement de 10 à 20 min à température environ 1 500 K). Enregistrer les spectres de rayonnement sur la gamme de longueur d’onde pleine engendrée par le dispositif. Remplir la mémoire tampon entièrement (256 acquisitions). Prenez ensuite les valeurs d’intensité moyenne pour chaque canal. Utiliser l’intensité enregistrée par la chaîne calibrée à 650 nm (mesures 1.4.1-1.4.2) pour mesurer la température exacte de corps noir. Une fois que la température du corps noir est déterminée, calculer le rayonnement du corps noir Lλ, bb à l’aide de l’équation 1. Calibrer les canaux restants de la spectro-pyromètre contre les sources de corps noir (environ 200 d’entre eux). Découper les gammes entre 488 nm et 515 nm et 980 nm et 1 011 nm pour réduire le bruit. Obtenir une fonction de calibrage précis-intégration (transfert) Équation 5,ICountsav correspondant à l’intensité moyenne expérimentale, mesurée par chaque canal spectro-pyromètre et ti est le temps d’intégration. Prenez la valeur moyenne des 256 acquisitions accumulées dans la mémoire tampon. Répéter la procédure de calibration spectro-pyromètre à 1.4.1-1.4.10 mesures à différentes températures de corps noir afin de vérifier la Croix que K(λ) est indépendante de la température.Remarque : Seul le bruit de fond devrait changer à des températures différentes de corps noir. Dans les mesures de l’échantillon réel, obtenir les spectres de rayonnement en multipliant les spectres de radiance expérimental d’intégration-précis (ICounts(λ) /ti) par la fonction K(λ). 2.Montage de l’échantillon ATTENTION : dans le cas où l’échantillon est radioactif, réaliser l’ensemble de la procédure dans une boîte à gants étanche alpha équipée de fenêtres de qualité optique et une table optique. Dans le cas où l’échantillon est particulièrement radioactif (contenant γ-émetteurs forts tels que l’unité centrale ou Am), porter une robe de plomb et conduire des gants lors de le monter. Un détecteur de rayonnement permet d’identifier les principales orientations de l’irradiation β et γ. Monter l’échantillon dans le support en le fixant avec les vis de graphite, de molybdène ou de tungstène (Voir l’encart gauche du bas de la Figure 1).Remarque : Par rapport au graphite, Mo ou W vis s’assurer la meilleure stabilité mécanique, même si elles peuvent affecter les vis de solde plus de graphite thermiques de l’échantillon. La forme de l’échantillon idéal est un disque d’environ 8 mm de diamètre et 2 mm d’épaisseur minimum. Cependant, l’utilisation de vis réglables permet l’analyse des échantillons de différentes formes et tailles qui a également très petite et irrégulière. Cette flexibilité est particulièrement avantageuse lorsque des fragments radioactifs doivent être analysés. Placer l’échantillon et le détenteur dans un réservoir de pression cylindrique (ou autoclave, comme schématisé à la Figure 1). Monter l’échantillon perpendiculairement à l’axe du navire. Entourer le navire avec des fenêtres de qualité optique (généralement de quartz ou silice fondus). Difficulté du navire à une table optique. Fixer un écran de graphite de la face arrière de l’appareil à pression sur une table optique afin d’absorber le faisceau laser si l’échantillon devait tomber du support pendant une expérience. 3. le laser et l’alignement de pyromètre Alignement laser Sur une table optique, coupler une unité de mise au point avec la fibre optique qui véhiculent le faisceau laser de haute puissance au laboratoire.Remarque : Ce faisant, une attention maximale pour éviter la formation de plis dans la fibre optique, qui peut entraîner des dommages irréversibles à eux. Choisissez les verres appropriés dans l’unité de mise au point afin d’obtenir la taille du spot laser nécessaire sur la surface de l’échantillon et une distance focale adaptée entre l’unité de mise au point et la surface de l’échantillon. Assurez-vous que la taille du spot laser est au moins dix fois plus grande que le pyromètre observation spot (environ 3 mm2) afin de garantir l’homogénéité de la température autour du point de mesure du pyromètre.Remarque : Avec cette restriction, la taille du spot laser peut être réglée selon les objectifs de chaque expérience spécifique. Par exemple, une petite tache conduira à une plus forte densité de puissance de laser. Par conséquent, il sera possible d’atteindre des températures plus élevées, mais sur une zone plus limitée de la surface de l’échantillon. À l’inverse, une plus grande place de laser vous garantira une répartition plus homogène de la température tout au long de l’échantillon, bien que les températures maximales inférieures seront réalisables. La distance focale entre l’unité de mise au point et la surface de l’échantillon est seulement imposée par des constrictions géométriques, tels que la disposition des divers composants optiques, la présence d’une paroi de la boîte à gants entre eux et l’échantillon, etc.. Monter toutes des pièces optiques nécessaires (optique laser, laser Ar+ pour l’analyse de la RLS et pyromètres) sur une table optique. Aligner le spot laser rouge sur la surface de l’échantillon par le biais de l’autoclave (et, le cas échéant, la boîte à gants) fenêtre. Si le faisceau laser est inférieur à la surface de l’échantillon, fixez-le dans le centre de l’échantillon ou dans un domaine particulier d’intérêt (par exemple, l’interface entre deux zones différentes de l’échantillon).Remarque : Le laser de haute puissance actuelle comporte aussi un rouge de He-Ne de faible puissance laser suivant exactement le même chemin optique. Allumez ce pilote laser pour aligner le système. La taille du spot laser rouge sera légèrement différente de la taille de tache réel du rayon infrarouge haute puissance. Cependant, la différence peut être négligée dans la procédure d’alignement. Allumer le laser Ar+ et l’aligner dans le centre du pilote rouge laser spot sur la surface de l’échantillon. Alignement de pyromètre Fixez le pyromètre et le spectro-pyromètre à la table optique dans une position confortable pour l’échantillon, en regardant avec leurs haches aussi près que possible de perpendiculaire à la surface de l’échantillon. Gros point le pyromètre et le spectro-pyromètre dans l’échantillon. En parcourant les oculaires respectifs, s’assurer que les objectifs observer l’échantillon correctement. Afin finement aligner le pyromètre à la bonne position et la distance focale, briller une lampe flexible dans l’oculaire du pyromètre. Vérifiez qu’une image nette du diaphragme pyromètre est projetée sur la surface de l’échantillon.Remarque : Dans le pyromètre et spectro-pyromètre, le rayonnement thermique émis par l’échantillon est collecté par un objectif (lentilles et collimateur) et axé sur les détecteurs photodiode à travers une membrane. L’image de ce diaphragme est clairement visible dans les oculaires des pyromètres. Avec l’installation actuelle, cet endroit est approximativement circulaire, d’un diamètre de 1 mm. éviter de jouer avec les réglages d’objectif pyromètre, car cela pourrait affecter l’étalonnage de l’appareil. Aligner l’image du diaphragme pyromètre au milieu le laser pilote rouge spot et le laser Ar+ bleu spot. Répétez la même procédure dans des mesures 3.2.3-3.2.4 afin de le pour aligner finement le spectro-pyromètre. Vérification de la réflexion Vérifier soigneusement pour les réflexions de parasite du laser pilote rouge (apparente de le œil à l’aide d’une feuille de papier blanc), qui proviennent principalement de l’autoclave (et, le cas échéant, la boîte à gants) windows.Remarque : Ces réflexions peuvent aussi provenir de la surface de l’échantillon, si un échantillon bien sur réflecteur métallique doit être analysé. Ces réflexions sont extrêmement dangereuses, lorsque l’échantillon est irradié par le faisceau laser infrarouge de haute puissance. Placer les écrans de graphite (amortisseurs) là où les réflexions parasites ont été identifiées.NOTE : Réflexions de faisceau laser IR devraient ne jamais frapper les êtres humains, mais ils peuvent également graver des composants optiques et électroniques et les pièces de la boîte à gants ou ils peuvent être encore reflétées par les outils de laboratoire métalliques. Par conséquent, ils doivent être arrêtés par les absorbeurs de graphite adéquat aussi près que possible de leur origine. 4. remplissage du récipient à pression Connectez l’appareil à pression à une pompe à vide et un système d’approvisionnement de gaz par l’intermédiaire de tuyaux adaptés. Si possible, en plus d’un manomètre, connectez un analyseur d’oxygène à la cuve sous pression. Choisissez l’atmosphère (gaz ou mélange de gaz) en vertu de quelles expériences laser-chauffage doivent être effectuées.Choisissez l’atmosphère selon l’échantillon à étudier et les conditions chimiques devant être produites. Quelle que soit l’atmosphère, première utilisation d’un aspirateur pompe pour vider la cuve sous pression, afin d’éviter toute contamination croisée avec de l’air, surtout si l’atmosphère expérimentale sélectionnée est idéalement libre d’oxygène. Si possible, atteindre la limite inférieure de détection de l’analyseur de2 O dans cette « purge » de procédure. Après avoir vider, remplir l’autoclave avec le gaz choisi à la pression requise.Remarque : Les différentes pressions peuvent être réglées à l’intérieur de l’autoclave (par exemple, pour étudier l’effet de la pression sur les transitions de phase). Toutefois, pour des expériences standards, définir une surpression de gaz de 0,2 à 0,3 MPa (par rapport à la pression atmosphérique) afin de réduire les phénomènes d’évaporation échantillon autant que possibles. La plupart des expériences actuelles est effectuée sous atmosphère inerte (argon sous pression) afin de maintenir la composition de l’échantillon initial au cours des expériences de laser-chauffage. Toutefois, pour des études spéciales, comburant (air sous pression, CO/CO2 mélanges, etc.) ou réduire (Ar + H2) atmosphères peuvent être employés, trop. Après avoir rempli l’autoclave, assurez-vous que le potentiel de l’oxygène stabilisé sur l’analyseur d’oxygène avant de commencer l’expérience laser-chauffage. 5. mise en place le système d’acquisition Connectez les deux canaux de pyromètre (488 nm pour le SJSR et 650 nm pour les analyses de la température) à un oscilloscope agissant comme un convertisseur analogique/numérique (AD). Répétez l’étape 5.1 pour le spectro-pyromètre.Remarque : En raison de son grand nombre de canaux, la spectro-pyromètre est équipé avec sa propre unité d’acquisition. Cela peut être déclenchée à l’extérieur avec un signal provenant de l’oscilloscope. Connectez le potentiomètre de laser de haute puissance avec l’oscilloscope même comme les pyromètres. S’assurer que l’oscilloscope a au moins trois prises d’entrée. Dans le cas contraire, y connecter un périphérique supplémentaire et synchronisez-les. Définissez les paramètres de l’oscilloscope (acquisition fenêtre amplitude, durée de décalage et balayage) de telle sorte que les données expérimentales provenant du pyromètre peuvent être enregistrées correctement et entièrement. Vérifier sur l’écran de l’oscilloscope que données sont correctement enregistrées et sauvegardées après chaque expérience. Définissez un déclencheur approprié pour le système d’acquisition. Par exemple, déclencher l’oscilloscope lorsque le signal venant du potentiomètre de laser il force un certain seuil, correspondant au début de la première impulsion haute puissance envoyée à l’échantillon et avec l’aide du logiciel oscilloscope. Vérifiez que, lorsque l’oscilloscope est déclenché, il commence à enregistrer les signaux venant du potentiomètre de laser et de deux canaux pyromètre et envoie également un signal qui déclenche l’acquisition dans le spectro-pyromètre. Connectez l’oscilloscope sur un PC. Insérer directement les équations de calibration du logiciel 2, 3 et 4 ainsi que l’intensité enregistrée peut être tracée directement comme les courbes de température-contre-temps (thermogrammes) sur l’écran du PC. 6. laser-chauffage coups Définir un programme de laser-chauffage. Si possible, le faire directement depuis un PC connecté au laser. Pour les matériaux réfractaires fonte au-delà de 2 500 K, mis en place une phase de préchauffage au début du programme laser. Il s’agit d’une étape de chauffage lent une durée de 10 à 30 s, au cours de laquelle l’échantillon est chauffé avec une densité de puissance de laser de faible (environ 50 W cm-2) jusqu’à ce que sa température se stabilise à un niveau constant entre 1 500 et 2 000 K.Remarque : La phase de préchauffage réduit les contraintes thermiques, ce qui pourraient facilement casser et détruire l’échantillon s’il a été tiré directement à plus de 2 500 K à partir de la température ambiante. En outre, il aide à éliminer les éventuelles impuretés de la surface de l’échantillon. Pour laser des expériences de fusion, la meilleure approche a été créée, basé sur une expérience directe. Après la phase de préchauffage, mises en place une séquence de plusieurs coups de laser de puissance élevée, l’échantillon bien au-delà de sa température de fusion de chauffage. Définir les cycles de 3-4 coups, après quoi l’échantillon peut refroidir à température ambiante. Contrôler l’état de l’échantillon avant de procéder à des coups supplémentaires.Remarque : L’échantillon doit pas refroidir à température ambiante entre deux coups de feu afin d’éviter les contraintes thermiques trop intense. La puissance requise varie selon le faisceau laser et la matière étudiée. En général, pour les oxydes réfractaires comme UO2, des densités de puissance d’environ 500 W cm-2 suffisent faire fondre la surface du matériau à quelques centaines ms. Varier la durée des impulsions laser de haute puissance successives (et la densité de puissance respective) entre quelques dizaines de ms et quelques s afin de vérifier la dépendance possible des températures observées arrestation thermique sur la longueur de l’impulsion. De cette façon, vérifiez si les transitions de phase se produisent à l’équilibre thermodynamique pendant les cycles de chauffage/refroidissement.NOTE : Aucune condition d’équilibre thermodynamique ne serait assurée avec des impulsions plus courtes, tandis que les impulsions plus longues doivent être évitées car la masse liquide resteraient n’est plus la surface de l’échantillon par capillarité oblige, et en tombant, il porterait préjudice à l’échantillon confinement (holder et autoclave). Au cours des expériences de laser-chauffage, séjournez dans une chambre de contrôle séparée de la laboratoire principal par enduit windows protection qui arrêtent le rayonnement laser de haute puissance.Remarque : Si la présence de l’expérimentateur est nécessaire dans le laboratoire principal pendant les tirs de laser, il est impératif de porter des lunettes de protection. Vérifier que le programme d’installation laser fonctionne correctement par le premier tir le faisceau laser dans un absorbeur de graphite. Ce test permet de vérifier aussi que la fonction du système de déclenchement disposé en étape 5.5 est correcte. Si tous les contrôles sont réussis, désactiver le laser pilote rouge et allumer le faisceau haute puissance. Libérer tous les interrupteurs de sécurité et démarrer le programme de l’irradiation laser sur l’échantillon. À la fin des cycles de laser-chauffage et de refroidissement (en général la phase de préchauffage plus trois ou quatre impulsions haute puissance), vérifier l’apparence de l’échantillon, en indiquant si elle est totalement ou partiellement fondu, trempés, cassé, encore intact, etc.. Si l’échantillon est encore intacte, répéter plusieurs cycles de chauffage laser dessus et vérifier pour la répétabilité des résultats.Remarque : En cas de succès, plus d’une quarantaine de coups de feu peuvent être répétés sur le même échantillon. Ces grands ensembles de données peuvent être traités, les valeurs moyennes productives pour la phase de transition points soutenus par une bonne analyse statistique de l’incertitude de mesure. 7.Analyse des données Analyse qualitative thermogramme Vérifier la qualité et les caractéristiques des thermogrammes expérimentales (un par laser shot) enregistrées par le pyromètre. Vérifier que, si les températures maximales atteintes étaient assez élevés, arrestations thermiques correspondant à la solidification apparaissent sur les pièces de refroidissement des thermogrammes.NOTE : Arrestations thermiques similaires sont généralement à peine visible sur le flanc de chauffage parce que le laser rapide chauffage fournit plus d’énergie que l’enthalpie de fusion et les conditions d’équilibre thermodynamique sont réalisées pour la plupart pas dans cette partie de l’ expérience11 . Si les températures maximales étaient trop faibles, répéter le cycle de chauffage laser avec des impulsions de puissance plus élevée. Répéter les cycles laser-chauffage/refroidissement sur un nouvel échantillon si thermogrammes sont trop irrégulières ou aberrants (p. ex., l’apparente de chauffage et le refroidissement de l’échantillon ne suivent pas les impulsions de laser), auquel cas, l’échantillon probablement cassé, fissuré ou vaporisé pendant l’expérience. Analyse de l’émissivité Afin d’obtenir des thermogrammes température échantillon réel, établir, avec l’aide des données spectro-pyromètre, le NSE de l’échantillon. Transformer les données brutes spectro-pyromètre dans les spectres de rayonnement, comme cela est expliqué dans l’étape 1.4.11. Si un point bien établi de température T * existe (par exemple, un point eutectique de référence [Réf. ZrC-C]) dans le système étudié et est mesuré dans l’expérience actuelle, puis obtenir des NSE directement à partir de corps réel spectres radiance Lλ, rb mesurée sur l’arrestation de thermique correspondante. Connaissant la température réelle T * à laquelle l’arrêt thermique se produit, calculer radiance Lλ, rb par l’intermédiaire de l’équation 1. Dans ce cas, obtenir l’émissivité directement à partir de sa définition comme : Équation 9. Si aucun point de température établis n’est disponibles, puis monter les spectres de rayonnement Lλ, rb, avec NSE ελ et température T comme paramètres libres dans l’équation 1. Ensuite obtenir émissivité et la température comme les meilleures valeurs qui correspondent à l’ensemble du spectre.Remarque : Cette procédure est numériquement exacte si l’hypothèse de corps gris est valide (c’est-à-dire, si l’émissivité ne dépend pas de longueur d’onde, qui est surtout vrai pour les matériaux étudiés dans ce travail). Dans le cas contraire, d’autres hypothèses sur la dépendance de longueur d’onde d’émissivité sont nécessaires afin d’estimer une paramétrique dépend de ελ λ avec l’aide de données de la littérature. Lorsque ελ est déterminée, multiplier sa valeur à 650 nm par le facteur de transmission optique de la cuve sous pression (et, le cas échéant, la boîte à gants) fenêtre à 650 nm (fourni par le fournisseur de fenêtre) et remplaçant dans l’équation 3. De cette manière, obtenir des thermogrammes température réelle des mesures pyromètre. Étude de transition de phase Identifier la phase points de transition tant que les températures à laquelle thermique d’arrestations ou d’inflexions se produisent dans le flanc de refroidissement des thermogrammes température réelle. Effectuer les premières expériences de laser-chauffage sur les matériaux réfractaires, les points de fusion et les valeurs de NSE qui sont bien établis (p. ex., molybdène, tungstène, ZrC ou UO2). Cela fournira un test sonore du bon fonctionnement et l’exactitude de la méthode.NOTE : Laisser de côté des inflexions possibles de l’analyse, s’il en est, sur le chauffage de flanc des thermogrammes, car ils peuvent être le résultat de phénomènes de non-équilibre d’interprétation très incertaine. Comparer le signal de la RLS, affiché simultanément, avec les thermogrammes température réelle. Identifier l’apparition de nouvelles phases sur la surface de l’échantillon à l’aide de la RLS, où oscillations et inflexions apparaîtront parallèlement. Comparer les températures de transition de phase enregistrés par le pyromètre avec éventuelle NSE changements en rapport avec les mêmes transitions de phase. 8. récupération de l’échantillon Relâchez la pression de l’autoclave et stabiliser à la pression atmosphérique. Ouvrir l’autoclave et retirer l’échantillon fondu et recongelé, ainsi que des fragments possibles qui sont tombées. Peut-être utiliser ces pièces pour post-fonte caractérisation des matériaux. Nettoyer l’autoclave avec soin, notamment les fenêtres optiques, avec l’aide de tissus et d’éthanol. Recueillir des échantillons et des fragments dans des récipients adéquats. En cas de travail de boîte à gants avec échantillons hautement radioactifs, placer les contenants à l’intérieur d’une boîte de plomb.

Representative Results

La figure 3 affiche les thermogrammes température réelle mesurées sur dioxyde d’uranium avec divers degrés d’oxydation (UO2 + x 0 < x < 0,21)2. Dioxyde d’uranium est le composant essentiel du carburant plus courant dans les centrales nucléaires actuelles. Son oxydation à divers niveaux de dioxygène hyper-stoechiométrie peut se produire dans de conditions normales et irrégulières réacteur12. Avec la méthode actuelle, il a été démontré que l’oxydation2 UO peut entraîner une diminution dramatique de son point de fusion/solidification par jusqu’à 700 K. Dans ce cas, des expériences devaient être effectuée sous une pression assez élevée de gaz inerte (il à 10 MPa) pour étouffer la vaporisation hautement non congruentes à haute température. Figure 3 : Thermogrammes mesuré sur des échantillons de chauffage laser stoechiométriques et hyper-stœchiométriques de dioxyde d’uranium (après 2).Un profil de deux impulsions laser exemple est illustré dans le graphique. Thermogrammes sont enregistrées pour plusieurs compositions dex 2 + UO. Arrestations de solidification se produisent à des températures sensiblement différentes et avec des caractéristiques différentes, selon la composition de l’échantillon, révélatrice de l’évolution de la dynamique de la température et la solidification de fusion/congélation dans le système U-O. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. La figure 4 illustre le pyromètre (ligne droite) et les thermogrammes spectro-pyromètre enregistrés sur un laser d’échantillon de dioxyde de plutonium chauffé sous une atmosphère oxydante (air comprimé à 0,3 MPa). En outre, PuO2 est une composante essentielle de combustible nucléaire. Dans la même figure, deux spectres de rayonnement mesurés par le spectro-pyromètre à différentes températures s’affichent également dans les cartons, ainsi que des courbes d’ajustement de données expérimentales et les valeurs correspondantes de T et ελ . Grâce à cette étude, le PuO2 de fusion/congélation de température ont été réévaluées pour être 3 017 K ± 28 K, supérieur de plus de 300 K indiqué auparavant par des méthodes plus traditionnelles de chauffage. Ces méthodes ont donné des résultats certainement touchés par une vaste haute température des interactions entre l’échantillon et le confinement, une question qui a été en grande partie résolue avec l’approche actuelle de chauffage à distance. Figure 4 : Thermogrammes mesurée sur un laser d’échantillon de dioxyde de plutonium chauffé au delà du point de fusion.Graphe principal : la ligne noire épaisse et les cercles totalement noires représentent les thermogrammes enregistrées sur un échantillon de2 PuO sous une atmosphère oxydante par le pyromètre rapide et le longueurs d’onde multiples spectro-pyromètre, respectivement. Les cercles blancs représentent les valeurs de l’émittance spectrale obtenues en ajustant les données expérimentales radiance avec radiance Loi12 de Planck. Les deux cartons présentent des spectres exemple enregistrés (cercles noirs) et équipé (traits pleins rouges) en liquide et gel PuO2, respectivement, dans l’hypothèse du corps gris. Dans ces parcelles, la radiance Lλ est normalisée pour le premier rayonnement constant c1 par souci de simplicité. Le thermogramme principale a été obtenue à l’aide d’un rayonnement constant moyen de 0,83. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. La figure 5 présente une série d’impulsions laser-chauffage effectués sur un mélange d’UO2 et ZrO2 sous différentes atmosphères. Ce test est représentatif des conditions qui peuvent être produits dans le cas d’une excursion de température accidentelle dans un APM. Le point de fusion/solidification se produit à une température bien reproductibles sur prises successives si des expériences sont effectuées dans l’argon. En revanche, la température de fusion/solidification diminuer sur les coups de laser si les cycles de chauffage laser sont effectués dans l’air comprimé. Cela montre que, dans ce dernier cas, l’exemple obtient plus oxydé durant les traitements laser-chauffage. Aussi, dans le cas des mixtes UO2- ZrO2 oxydes, un abaissement du point de fusion se produit dans des conditions d’oxygène hyper-stoechiométrie. Figure 5 : Thermogrammes mesurée mixte UO2- ZrO2 échantillons en argon sous pression et l’air.Le point de fusion/solidification se produit à une température bien reproductibles sur prises successives si des expériences sont effectuées dans l’argon (thermogrammes noirs). En revanche, la température de fusion/solidification diminuer sur les coups de laser si les cycles de chauffage laser sont effectués dans l’air comprimé (verts thermogrammes). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure. Un autre exemple concerne un autre genre de matériel, dicarbide de l’uranium. Ceci est envisagé comme un matériau possible pour un autre concept de combustible nucléaire, potentiellement travaillant à des températures élevées et de réduire considérablement le risque d’un accident de la crise. Une nouvelle composition contenant un grand excès de carbone (nominalement UC2.8) a été étudiée pour la première fois avec l’actuelle approche14. Dans ce cas, l’UC2- C température eutectique, reconnue comme à 27,37 ± 20 K, a été utilisée comme référence radiance ainsi que la transition à l’état solide de cubique-tétragonale (α→β), fixée à 2 050 K ± 20 K. L’ESN du composé carbone-richer a été mesurée pour augmenter jusqu’à 0,7 à 650 nm, tandis que la valeur ελ = 0,53 a été établie pour l’uranium pur dicarbide à la limite de la région eutectique. Cette augmentation a été analysée à la lumière de la démixion des excès de carbone et utilisée pour la détermination de la température de liquidus (3 220 ± 50 K pour UC2.8). Grâce à une diffusion rapide à l’état solide, également favorisée par la transition cubique-tétragonale, aucuns signes évidents d’une structure eutectique lamellaire ne peuvent être observées après la trempe à température ambiante. La composition eutectique de2-x C/UC surface pourrait être qualitativement, mais constamment, suivie au cours de la phase de refroidissement à l’aide des spectres enregistrés radiance, tel qu’illustré aux Figures 6 a et b.Fait intéressant, l’analyse actuelle de la NSE a montré que, alors que dans la phase liquide la surface externe du liquide est presque entièrement constituée d’uranium dicarbide, il a obtenu rapidement enrichi en carbone phase après congélation. Phase de carbone semble migrer rapidement vers l’essentiel en interne pendant le refroidissement. Dans la zone de transition α→β, uranium dicarbide a nouveau couvre presque la totalité de la surface externe. Tous ces détails sur le comportement de matériaux de très haute température sont essentiels pour l’analyse de ce type de composé en cas d’augmentation de la température non contrôlée dans le cœur du réacteur. Elles ont été déduites uniquement sur la base d’analyse de spectroscopie de radiance, alors qu’ils seraient difficilement accessibles à toute autre technique de recherche expérimentale. Figure 6 : Spectres thermogramme et radiance mesurée sur un échantillon de2.8 UC à l’argon sous pression14.a) l’étape de refroidissement d’un thermogramme enregistré sur un échantillon de2.8 UC. Des cercles pleins identifient les moments où les spectres de rayonnement ont été enregistrées par le spectro-pyromètre. b) quatre exemples de spectres de rayonnement enregistrement à différentes températures. L’un d’eux a été enregistré en liquide UC2.8, tandis que les trois autres correspondent aux arrestations thermiques visibles dans la Figure 5 a. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Discussion

La technique de spectroscopie de rayons laser-chauffage présentée ici est reconnue comme une méthode innovante et efficace pour l’étude du comportement très haute température et à la fusion de matériaux réfractaires¹⁵^, ¹⁶. Grâce à son caractère distant et presque sans conteneur, il est particulièrement adapté pour l’étude expérimentale de matières nucléaires radioactives et la simulation des accidents meltdown core dans les centrales nucléaires, comme le montrent les résultats de l’exemple présentés ici.

Alors que l’évaluation des données expérimentales obtient avec la méthode actuelle, il faut sans doute être prudent concernant l’affectation correcte des points expérimentaux à des transitions de phase. En fait, à très haute température, cinétique de la matière peut être extrêmement rapide, et plusieurs phénomènes difficiles à contrôler peuvent survenir, tels que la vaporisation non congruentes, ségrégation, dissociation composée, etc.. Comme le montre la comparaison avec les méthodes de chauffage plus traditionnels (comme les fours à induction), l’apparition éventuelle de ces phénomènes justifie l’utilisation d’un chauffage rapide et technique comme celui en cours de refroidissement. En revanche, les doutes peuvent surgir sur la stabilisation apparente des conditions d’équilibre thermodynamique dans les conditions actuelles de chauffage. Comme expliqué dans la section de la procédure, ces conditions ne peuvent être garanties pendant la partie de laser-chauffage rapide des cycles thermiques. Toutefois, les conditions d’équilibre thermodynamique sont certainement produites sur l’étape de refroidissement. Cette déclaration a été validée avec l’aide de codes informatiques simulant les expériences actuelles et basée sur la masse de quasi-équilibre et diffusion de la chaleur en présence de locaux de phase transitions¹¹. Néanmoins, l’équilibre thermodynamique des conditions devraient toujours être comparées expérimentalement, généralement en mesurant bien évalués phase des températures de transition dans les composés qui peuvent être prises comme références. Cela a été réalisé dans le travail avec les points de fusion/solidification du W, Mo (recommandé quand la température de référence secondaire dans l’échelle internationale de température de 1990¹⁷^,¹⁸^,¹⁹), UO₂, et l’ eutectique ZrC-C⁹. Il est également nécessaire afin d’évaluer la précision et l’incertitude de l’approche actuelle de ces points de référence de mesure.

Étant donné les conditions extrêmes et des phénomènes produits dans les expériences de laser-chauffage, une analyse d’incertitude précis est primordiale pour la facilité d’utilisation des données produites. Pour les campagnes de mesure réussie, l’incertitude cumulée qui affectent les données de température de transition de phase actuelle devrait s’élever à ±1 % de la température absolue, avec un facteur d’élargissement de l’écart-type-2 (95 % de confiance). Ces bandes d’incertitude peuvent être plus importants pour les matériaux complexes, où, par exemple, évaporation non congruentes peut changer la composition de l’échantillon réel de manière incontrôlée pendant les expériences. Une telle incertitude devrait tenir compte des erreurs dues à la procédure d’étalonnage, le dosage de la NSE, la stabilité des échantillons (c’est-à-dire, la répétabilité, plus les coups successifs de laser, des températures de transition de phase expérimentale), etc.. Un exemple d’analyse de l’incertitude pour le point de fusion/congélation de PuO₂ est indiqué dans le tableau 1. Les différentes contributions de l’incertitude peuvent être considérées comme indépendant et combinés selon la Loi de propagation erreur³.

Tableau 1 : Exemple d’analyse de l’incertitude pour le point de fusion/congélation de PuO₂ (référence^13).
Le sens et la valeur de c₂ est signalé dans la section introduction aux observations sur l’équation 1. Δε_λ est synonyme ici de deux écarts-types autour de la moyenne valeur expérimentale obtenue pour ε_λ en installant des spectres expérimentaux radiance au sein de l’Assomption du corps gris. ΔT_c et δT_d représentent deux écarts autour de la courbe de température extrapolée lampadaire moyenne et la valeur de température moyenne expérimentale solidification, respectivement.

Certaines améliorations peuvent être apportées sur la démarche expérimentale actuelle. En particulier, reliant la cuve sous pression avec un spectromètre de masse à travers un système de tuyauterie complexe permettra de détecter, au moins qualitativement, des espèces présentes dans le panache de vapeur sorti le matériel chaud. En outre, la mise en œuvre d’une thermo-caméra est prévue pour l’étude bidimensionnelle de la distribution de la température sur la surface de l’échantillon chaud afin de détecter les inhomogénéités possibles et les effets de la ségrégation. Enfin, des améliorations dans le système de sécurité construit autour de l’équipement actuel sont prévues. En fait, la boîte à gants Plexiglas actuelle utilisée ici est adaptée pour l’étude des matériaux hautement radioactifs, comme l’uranium et transuraniens, grâce au fait qu’il bloque efficacement les rayonnements α. Toutefois, ce bouclier n’est pas suffisamment sûr pour l’investigation des émetteurs γ forte, comme les nucléides contenues dans le combustible nucléaire irradié réel. Une nouvelle installation, y compris une cellule aux parois plomb est prévue pour l’étude des combustibles nucléaires usés provenant de centrales nucléaires réelles.

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Les auteurs sont reconnaissants à la Commission européenne pour le financement de la recherche actuelle en vertu de ses programmes de recherche institutionnelle. En outre, une partie de la recherche présentée a été financée par la CE 6^ème programme-cadre dans le projet F-pont et 7 projets^th FP sous le plus sûr et doux.

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

Referências

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Citar este artigo

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).