Name: laser-heating and radiance spectrometry for the study of nuclear materials in conditions simulating a nuclear power plant accident
Uploaded: 2017-12-14T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
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저자는 그것의 기관 연구 프로그램에서 현재 연구 자금에 대 한 유럽 위원회에 게 빚을. 또한, 제시 연구 EC 6번째 통해 융자 되었다 F-브리지 프로젝트 및 7번째 FP는 안전한 아래와 부드러운 프로젝트에서 프레임 워크 프로그램.

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	<li>Manara, D., Ronchi, C., Sheindlin, M., Lewis, M., Brykin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Melting+of+stoichiometric+and+hyperstoichiometric+uranium+dioxide.">Melting of stoichiometric and hyperstoichiometric uranium dioxide.</a> J. Nucl. 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저자는 공개 없다.

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.
<img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/54807/54807table1.jpg"> 
표 1: 용융/냉동 PuO 포인트2 에 대 한 불확실성 분석의 예 (참조13). 의미와 c2 의 가치는 방정식 1에 코멘트와 함께 소개 섹션에 보고 됩니다. Δελ ελ 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. ΔTc , δTd 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.

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.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig1.jpg"> 
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. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
방사선 고온 계는 샘플 빛 L예측정. 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:

<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/54807/54807equation1.jpg">
Lλ 복사 이다, ελ 스펙트럼 방사 율, c1 은 2· = h· c0 2 첫 번째 방사선 상수, c2 는 = h· c0/kB = 14,388 µm· K는 두 번째 방사선 상수, c0 는 진공에서 빛의 속도, h 는 플랑크 상수, 그리고 kB 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, ελ 의 각도 의존 고려 하지 않은, "방사"는 항상 정상적인 스펙트럼 방사 (NSE)를 참조 하십시오. NSE는 방정식을 통해 1과 L전 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 (ελ)의 연구에 대 한 고용 했다. NSE의 결정은 공식 12, 3, T 와 되 고 두 개의 자유 매개 변수 ελ 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 L전 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.

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

laser-heating and radiance spectrometry for the study of nuclear materials in conditions simulating a nuclear power plant accident

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.

그림 3 다양 한 산화 수준의 이산화 우라늄에 측정 하는 실제 온도 thermograms 표시 (UO2 + x 0 &#60; x &#60; 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.
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig3.jpg"> 
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. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
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.
<img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig4.jpg"> 
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. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
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.
<img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig5.jpg"> 
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. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
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.
<img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig6.jpg"> 
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. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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

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.

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

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and ...

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Dependence of Laser-induced Breakdown Spectroscopy Results on Pulse Energies and Timing Parameters Using Soil Simulants

The dependence of some LIBS detection capabilities on lower pulse energies (&lt;100 mJ) and timing parameters were examined using synthetic silicate samples. These samples were used as simulants for soil and contained minor and trace elements commonly found in soil at a wide range of concentrations. For this study, over 100 calibration curves were prepared using different pulse energies and timing parameters; detection limits and sensitivities were determined from the calibration curves. Plasma temperatures were also measured using Boltzmann plots for the various energies and the timing parameters tested. The electron density of the plasma was calculated using the full-width half maximum (FWHM) of the hydrogen line at 656.5 nm over the energies tested. Overall, the results indicate that the use of lower pulse energies and non-gated detection do not seriously compromise the analytical results. These results are very relevant to the design of field- and person-portable LIBS instruments.

LIBS detection capabilities on soil simulants were tested using a range of pulse energies and timing parameters. Calibration curves were used to determine detection limits and sensitivities for different parameters. Generally, the results showed that there was not a significant reduction in detection capabilities using lower pulse energies and non-gated detection.

토양 닮은를 사용하여 펄스 에너지 및 타이밍 매개 변수에 대한 레이저 유도 내역 분광학 결과의 의존

The  dependence of some LIBS detection capabilities on lower pulse energies (&lt;100  mJ) and timing parameters were examined using synthetic silicate ...

연구

화학

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement is used. Here we operate a Nd:YAG laser at a frequency of 10 Hz at the fundamental wavelength of 1,064 nm. The 14 nsec pulses with anenergy of 190 mJ/pulse are focused to a 50 &#181;m spot size to generate a plasma from optical breakdown or laser ablation in air. The microplasma is imaged onto the entrance slit of a 0.6 m spectrometer, and spectra are recorded using an 1,800 grooves/mm grating an intensified linear diode array and optical multichannel analyzer (OMA) or an ICCD. Of interest are Stark-broadened atomic lines of the hydrogen Balmer series to infer electron density. We also elaborate on temperature measurements from diatomic emission spectra of aluminum monoxide (AlO), carbon (C2), cyanogen (CN), and titanium monoxide (TiO).
The experimental procedures include wavelength and sensitivity calibrations. Analysis of the recorded molecular spectra is accomplished by the fitting of data with tabulated line strengths. Furthermore, Monte-Carlo type simulations are performed to estimate the error margins. Time-resolved measurements are essential for the transient plasma commonly encountered in LIBS.

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

Time-resolved atomic and diatomic molecular species are measured using LIBS. The spectra are collected at various time delays following the generation of optical breakdown plasma with Nd:YAG laser radiation&#160;and are analyzed to infer electron density and temperature.

측정 및 수소 원자와 이원자 분자 무조건, C 분석<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, 및 티오 스펙트럼 뒤에 오는 레이저 광에 의한 고장

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement ...

공학

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle's Mapping and Quantification in Organ Tissue

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) performed on thin sections of rodent tissues: kidneys and tumor, allows the detection of inorganic elements such as (i) Na, Ca, Cu, Mg, P, and Fe, naturally present in the body and (ii) Si and Gd, detected after the injection of gadolinium-based nanoparticles. The animals were euthanized 1&#160;to 24 hr&#160;after intravenous injection of particles. A two-dimensional scan of the sample, performed using a motorized micrometric 3D-stage, allowed the infrared laser beam exploring the surface with a lateral resolution less than 100 &#956;m. Quantitative chemical images of Gd element inside the organ were obtained with sub-mM sensitivity. LIBS offers a simple and robust method to study the distribution of inorganic materials without any specific labeling. Moreover, the compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of the same biological tissue with different types of response:&#160;elemental, molecular, or cellular.

Laser-induced breakdown spectroscopy performed on thin organ and tumor tissue successfully detected natural elements and artificially injected gadolinium (Gd), issued from Gd-based nanoparticles. Images of chemical elements reached a resolution of 100 &#956;m and quantitative sub-mM sensitivity. The compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of a same biological tissue.

레이저 유도 내역 분광학 : 장기 조직에 나노 입자의 매핑 및 정량을위한 새로운 접근

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) ...

Laser Microirradiation to Study In Vivo Cellular Responses to Simple and Complex DNA Damage

DNA damage induces specific signaling and repair responses in the cell, which is critical for protection of genome integrity. Laser microirradiation became a valuable experimental tool to investigate the DNA damage response (DDR) in vivo. It allows real-time high-resolution single-cell analysis of macromolecular dynamics in response to laser-induced damage confined to a submicrometer region in the cell nucleus. However, various laser conditions have been used without appreciation of differences in the types of damage induced. As a result, the nature of the damage is often not well characterized or controlled, causing apparent inconsistencies in the recruitment or modification profiles. We demonstrated that different irradiation conditions (i.e., different wavelengths as well as different input powers (irradiances) of a femtosecond (fs) near-infrared (NIR) laser) induced distinct DDR and repair protein assemblies. This reflects the type of DNA damage produced. This protocol describes how titration of laser input power allows induction of different amounts and complexities of DNA damage, which can easily be monitored by detection of base and crosslinking damages, differential poly (ADP-ribose) (PAR) signaling, and pathway-specific repair factor assemblies at damage sites. Once the damage conditions are determined, it is possible to investigate the effects of different damage complexity and differential damage signaling as well as depletion of upstream factor(s) on any factor of interest.

Laser Microirradiation to Study In Vivo Cellular Responses to Simple and Complex DNA Damage

The goal of this protocol is to describe how to use laser microirradiation to induce different types of DNA damage, including relatively simple strand breaks and complex damage, to study DNA damage signaling and repair factor assembly at damage sites in vivo.

간단 하 고 복잡 한 DNA 손상에 세포질 응답 Vivo에서 공부 레이저 Microirradiation

DNA damage induces specific signaling and repair responses in the cell, which is critical for protection of genome integrity. Laser microirradiation ...

유전학

Production of Synthetic Nuclear Melt Glass

Realistic surrogate nuclear debris is needed within the nuclear forensics community to test and validate post-detonation analysis techniques. Here we outline a novel process for producing bulk surface debris using a high temperature furnace. The material developed in this study is physically and chemically similar to trinitite (the melt glass produced by the first nuclear test). This synthetic nuclear melt glass is assumed to be similar to the vitrified material produced near the epicenter (ground zero) of any surface nuclear detonation in a desert environment. The process outlined here can be applied to produce other types of nuclear melt glass including that likely to be formed in an urban environment. This can be accomplished by simply modifying the precursor matrix to which this production process is applied. The melt glass produced in this study has been analyzed and compared to trinitite, revealing a comparable crystalline morphology, physical structure, void fraction, and chemical composition.

A protocol for the production of synthetic nuclear melt glass, similar to trinitite, is presented.

합성 핵 용융 유리의 생산

Realistic surrogate nuclear debris is needed within the nuclear forensics community to test and validate post-detonation analysis techniques. Here we ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Plasmatron에서 절제 재료 시험 중에 방출 분광 경계 계층 조사

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line intensity ratios. By using a Johann spectrometer viewing the plasma, it is possible to construct profiles of plasma parameters such as density, temperature, and velocity with good spatial and time resolution. However, benchmarking atomic code modeling of X-ray spectra obtained from well-diagnosed laboratory plasmas is important to justify use of such spectra to determine plasma parameters when other independent diagnostics are not available. This manuscript presents the operation of the High Resolution X-ray Crystal Imaging Spectrometer with Spatial Resolution (HIREXSR), a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma. In addition, this manuscript covers a laser blow-off system that can introduce such ions to the plasma with precise timing to allow for perturbative studies of transport in the plasma.

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas. This manuscript presents the operation of a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma.

하이 온도 플라즈마 진단으로 사용하기 위해 X 선 영상 크리스탈 분광학 적용

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

A Novel Technique for Raman Analysis of Highly Radioactive Samples Using Any Standard Micro-Raman Spectrometer

A novel approach for the Raman measurement of nuclear materials is reported in this paper. It consists of the enclosure of the radioactive sample in a tight capsule that isolates the material from the atmosphere. The capsule can optionally be filled with a chosen gas pressurized up to 20 bars. The micro-Raman measurement is performed through an optical-grade quartz window. This technique permits accurate Raman measurements with no need for the spectrometer to be enclosed in an alpha-tight containment. It therefore allows the use of all options of the Raman spectrometer, like multi-wavelength laser excitation, different polarizations, and single or triple spectrometer modes. Some examples of measurements are shown and discussed. First, some spectral features of a highly radioactive americium oxide sample (AmO2) are presented. Then, we report the Raman spectra of neptunium oxide (NpO2) samples, the interpretation of which is greatly improved by employing three different excitation wavelengths, 17O doping, and a triple mode configuration to measure the anti-stokes Raman lines. This last feature also allows the estimation of the sample surface temperature. Finally, data that were measured on a sample from Chernobyl lava, where phases are identified by Raman mapping, are shown.

We present a technique for Raman spectroscopic analysis of highly radioactive samples compatible with any standard micro-Raman spectrometer, without any radioactive contamination of the instrument. We also show some applications using actinide compounds and irradiated fuel materials.

A novel approach for the Raman measurement of nuclear materials is reported in this paper. It consists of the enclosure of the radioactive sample in a ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose of efficiently driving non-equilibrium chemistry is discussed. The advantage of a flowing plasma reactor is that continuous chemical processes can be driven with the flexibility of startup times in the seconds timescale. The plasma approach is generically suitable for conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. Here the reduction of CO2 to CO is used as a model system: the complementary diagnostics illustrate how a baseline thermodynamic equilibrium conversion can be exceeded by the intrinsic non-equilibrium from high vibrational excitation. Laser (Rayleigh) scattering is used to measure the reactor temperature and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to characterize in situ internal (vibrational) excitation as well as the effluent composition to monitor conversion and selectivity.

This article describes a flowing microwave reactor that is used to drive efficient non-equilibrium chemistry for the application of conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. The goal of the procedure described here is to measure the in situ gas temperature and gas conversion.

효율적인 고온 화학을위한 비평 형 마이크로 웨이브 플라즈마

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

Quantitative Analysis of Vacuum Induction Melting by Laser-induced Breakdown Spectroscopy

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves several steps, include drawing samples, cooling, cutting, transport to the laboratory, and analysis. The whole analysis process requires more than 30 minutes, which hinders on-line process control. Laser-induced breakdown spectroscopy is an excellent on-line analysis method that can satisfy the requirements of vacuum induction melting because it is fast and noncontact and does not require sample preparation. The experimental facility uses a lamp-pumped Q-switched laser to ablate melted liquid steel with an output energy of 80 mJ, a frequency of 5 Hz, a FWHM pulse width of 20 ns, and a working wavelength of 1,064 nm. A multi-channel linear charge coupled device (CCD) spectrometer is used to measure the emission spectrum in real time, with a spectral range from 190 to 600 nm and a resolution of 0.06 nm at a wavelength of 200 nm. The protocol includes several steps: standard alloy sample preparation and an ingredient test, smelting of standard samples and determination of the laser breakdown spectrum, and construction of the elements concentration quantitative analysis curve of each element. To realize the concentration analysis of unknown samples, the spectrum of a sample also needs to be measured and disposed with the same process. The composition of all main elements in the melted alloy can be quantitatively analyzed with an internal standard method. The calibration curve shows that the limit of detection of most metal elements ranges from 20-250 ppm. The concentration of elements, such as Ti, Mo, Nb, V, and Cu, can be lower than 100 ppm, and the concentrations of Cr, Al, Co, Fe, Mn, C, and Si range from 100-200 ppm. The R2 of some calibration curves can exceed 0.94.

During vacuum induction melting, laser-induced breakdown spectroscopy is used to perform real-time quantitative analysis of the main-ingredient elements of a molten alloy.

레이저 유도 분해 분 광 법에의 한 용융 진공 유도의 정량 분석

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves ...