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
Description: Watch this Scientific Journal Video about Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident at JoVE.com

Yazarlar kendi kurumsal araştırma programları altında mevcut araştırma fonu için Avrupa Komisyonu için borçlu bulunmaktadır. Buna ek olarak, sunulan araştırmanın bir parçası EC 6inci finanse edildi çerçeve programı F-Köprüsü Projesi ve 7inci FP altında güvenli ve yumuşak proje kapsamında.

<ol>
	<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. Mater. 342, 148-163 (2005).</li><li>Manara, D., Sheindlin, M., Heinz, W., Ronchi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+techniques+for+high-temperature+melting+measurements+in+volatile+refractory+materials+via+laser+surface+heating.">New techniques for high-temperature melting measurements in volatile refractory materials via laser surface heating.</a> Review of Scientific Instruments. 79, 113901-113908 (2008).</li><li>De Bruycker, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reassessing+the+melting+temperature+of+PuO2.">Reassessing the melting temperature of PuO2.</a> Materials Today. 13, 52-55 (2010).</li><li>Kato, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solidus+and+liquidus+temperatures+in+the+UO2-PuO2+system.">Solidus and liquidus temperatures in the UO2-PuO2 system.</a> J. Nucl. Mater. 373, 237-245 (2008).</li><li>DeWitt, D. P., Richmond, J. C., DeWitt, D. P., Nutter, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+radiative+properties+of+materials.">Thermal radiative properties of materials.</a> Theory and practice of radiation thermometry. , (1988).</li><li>Neuer, G., Fiessler, L., Groll, M., Schreiber, E., Schooley, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+analysis+of+the+different+methods+of+multiwavelength+pyrometry.">Critical analysis of the different methods of multiwavelength pyrometry.</a> Temperature: its measurement and control in science and industry, vol. 6. , 787-789 (1992).</li><li>Jacquemain, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Nuclear Power Reactor Core Melt Accidents. State of Knowledge. , 1835-1838 (2015).</li><li>Manara, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ZrC-C+eutectic+structure+and+melting+behaviour:+A+high-temperature+radiance+spectroscopy+study.">The ZrC-C eutectic structure and melting behaviour: A high-temperature radiance spectroscopy study.</a> J. Eur. Ceram. Soc. 33, 1349-1361 (2013).</li><li>Manara, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+melting+behaviour+of+calcium+monoxide+under+different+atmospheres:+A+laser+heating+study.">On the melting behaviour of calcium monoxide under different atmospheres: A laser heating study.</a> J. Eur. Ceram. Soc. 34, 1623-1636 (2014).</li><li>Welland, M. J., Thompson, W. T., Lewis, B. J., Manara, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computer+simulations+of+non-congruent+melting+of+hyperstoichiometric+uranium+dioxide.">Computer simulations of non-congruent melting of hyperstoichiometric uranium dioxide.</a> J. Nucl. Mater. 385, 358-363 (2009).</li><li>Olander, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nuclear+Fuels-+Present+and+future.">Nuclear Fuels- Present and future.</a> J. Nucl. Mater. 389, 1-22 (2009).</li><li>De Bruycker, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+melting+behaviour+of+plutonium+dioxide:+A+laser-heating+study.">The melting behaviour of plutonium dioxide: A laser-heating study.</a> J. Nucl. Mater. 416, 166-172 (2011).</li><li>Manara, D., Boboridis, K., Morel, S., De Bruycker, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+UC2-x+-+Carbon+eutectic:+A+laser+heating+study.">The UC2-x - Carbon eutectic: A laser heating study.</a> J. Nucl. Mater. 466, 393-401 (2015).</li><li>Barrachin, M., Chevalier, P. Y., Cheynet, B., Fischer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+modelling+of+the+U-O-Zr+phase+diagram+in+the+hyper-stoichiometric+region+and+consequences+for+the+fuel+rod+liquefaction+in+oxidising+conditions.">New modelling of the U-O-Zr phase diagram in the hyper-stoichiometric region and consequences for the fuel rod liquefaction in oxidising conditions.</a> J. Nucl. Mater. 375, 397-409 (2008).</li><li>Gu&#233;neau, C., Chartier, A., Van Brutzel, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodynamic+and+thermophysical+properties+of+the+actinide+oxides.">Thermodynamic and thermophysical properties of the actinide oxides.</a> Comp Nucl Mater. 2, 21-59 (2012).</li><li>Preston-Thomas, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+International+Temperature+Scale+of+1991+(ITS-90).">The International Temperature Scale of 1991 (ITS-90).</a> Metrologia. 27, 3-10 (1990).</li><li>Preston-Thomas, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Erratum:+The+International+Temperature+Scale+of+1990+(ITS-90).">Erratum: The International Temperature Scale of 1990 (ITS-90).</a> Metrologia. 27, 107 (1990).</li><li>Bedford, R. E., Bonnier, G., Maas, H., Pavese, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recommended+values+of+temperature+on+the+International+Temperature+Scale+of+1990+for+a+selected+set+of+secondary+reference+points.">Recommended values of temperature on the International Temperature Scale of 1990 for a selected set of secondary reference points.</a> Metrologia. 33, 133-154 (1996).</li></ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Burada sunulan lazer-Isıtma radyasyon spektroskopi tekniği ateşe dayanıklı materyaller15, 16çok yüksek sıcaklık ve erime davranışını incelenmesi için yenilikçi ve etkili bir yöntem olarak kabul edilmektedir. Uzak ve neredeyse konteyner-az doğası sayesinde, burada sunulan örnek sonuçları tarafından gösterildiği gibi radyoaktif nükleer malzemelerin deneysel çalışma ve çekirdek meltdown NPP, kazalarda simülasyonu için özellikle uygun olur.
Değerlendirirken deneysel veriler geçerli yöntemi ile elde ederken, bir hiç şüphe yok ki faz geçişleri deneysel noktalarına doğru ataması konusunda dikkatli olmalıdır. Aslında, çok yüksek sıcaklıklarda malzeme Kinetik-ebilmek var olmak son derece hızlı ve birkaç denetim zor olaylar oluşabilir, uyumlu olmayan buharlaşma, segregasyon, bileşik ayrılma, vb gibi. (İndüksiyon fırınları gibi) daha geleneksel Isıtma yöntemleri ile karşılaştırıldığında gösterdiği gibi bu tür olayları mümkün oluşumunu hızlı bir Isıtma ve soğutma tekniği gibi geçerli bir kullanımını haklı. Öte yandan, şüpheler termodinamik denge koşullar mevcut Isıtma koşulları altında etkili sabitleme hakkında ortaya çıkabilir. Yordam bölümünde açıklandığı gibi bu koşullarda termal döngüsü hızlı lazer-Isıtma parçası sırasında garanti edilemez. Ancak, termodinamik denge koşulları kesinlikle soğutma sahneye üretilmektedir. Bu deyim geçerli deneyler simüle bilgisayar kodları Yardımı ile doğrulanmış ve denge yakınındaki kitle ve ısı Difüzyon yerel faz geçişleri11huzurunda dayalı. Yine de, termodinamik denge koşulları her zaman çapraz-deneysel, genellikle iyi biçilen ölçerek denetlenmesi geçiş sıcaklıklarda referans olarak alınabilir bileşikleri faz. Bu W, Mo (199017,18,19uluslararası sıcaklık ölçeğini ikincil referans sıcaklık tavsiye edilir), UO2erime/katılaşma noktaları ile mevcut çalışma gerçekleşmiştir, ve ZrC-C eutectic9. Böyle referans noktaları ölçme da doğruluk ve belirsizlik mevcut yaklaşım değerlendirmek için gereklidir.
Aşırı koşulları ve lazer-Isıtma deneylerde üretilen olayları göz önüne alındığında, bir kesin belirsizlik analizi üretilen veri kullanılabilirliği için her şeyden önemlidir. Başarılı ölçüm kampanyalar için geçerli aşamayı geçiş sıcaklığı verileri etkilemeden toplu belirsizlik ±1% 2 standart sapma kapsama faktörü (% 95 güven) mutlak sıcaklık için tutar. Böyle belirsizlik bantları nerede, örneğin, uyumlu olmayan buharlaşma gerçek örnek kompozisyon kontrol edilemez bir şekilde deneyler sırasında değişebilir karmaşık malzemeler için daha büyük hale gelebilir. Böyle belirsizlik kalibrasyon prosedürü, NSE belirlenmesi, örnek istikrar (Yani, tekrarlanabilirlik, art arda gelen lazer çekim, deneysel faz geçiş sıcaklığı üzerinde), vb nedeniyle hataları dikkate almak zorundayım. Belirsizlik analizi PuO erime/donma noktası2 için bir örnek tablo 1'de bildirilmektedir. Çeşitli belirsizlik katkıları bağımsız ve hata yayılma Kanunu3göre kombine olarak kabul edilebilir.
<img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/54807/54807table1.jpg"> 
Tablo 1: PuO erime/donma noktası2 için belirsizlik analizi örneği (başvuru13). Anlam ve c2 değeri rapor açıklamaları içeren giriş bölümünde denklem 1 '. Δελ burada iki standart sapma etrafında gri gövde varsayım içinde deneysel radiance spectra yaklaştırarak ελ için alınan ortalama deneysel değeri simgeler. δtc ve δTd iki standart sapma ortalama standart lamba ekstrapole sıcaklık eğrisi ve ortalama deneysel katılaşması sıcaklık değerini sırasıyla temsil eder.
Mevcut deneysel yaklaşım üzerinde bazı iyileştirmeler yapılabilir. Özellikle, kütle spektrometresinde karmaşık boru sistemi ile basınç gemi bağlantı algılama en az nitelik, sıcak malzeme tarafından yayımlanan buharı tüy mevcut türlerin izin verir. Ayrıca, bir ısı kamerası uygulanması sıcaklık dağılımı iki boyutlu çalışma için sıcak örnek yüzey üzerinde mümkün inhomogeneities ve segregasyon etkileri algılamak için öngörülen. Son olarak, geçerli cihazın inşa emniyet sistemi gelişmeler öngörülen. Aslında, burada kullanılan geçerli pleksiglas eldiven kutusuna uranyum ve gerçeği o etkili α radyasyon blokları sayesinde Transuranyum öğeleri gibi son derece radyoaktif malzemelerin incelenmesi uygundur. Ancak, bu kalkan gerçek radyoaktif nükleer yakıt bulunan izotoplar gibi güçlü γ yayıcılar incelenmesi için yeterince güvenli değildir. Bir kurşun duvarlı hücreyi de dahil olmak üzere yeni bir tesis gerçek NPP geliyor harcanmış nükleer yakıt çalışma için öngörülen.

Nükleer fizyon geniş bir umut verici büyük ölçekli, neredeyse tükenmez enerji kaynağı olarak sunulan rağmen tam genel kabulü hala bazı güvenlik, güvenlik ve koruma'yı riskleri tarafından durdu. Deneysel sunulan bu riskleri birine bir nükleer enerji santrali (NPP) çekirdek meltdown önde gelen şiddetli kazalar (SAs) oluşumu ile ilgili bazı temel malzeme bilimi soruları yanıtlayan adlı bu eser amaçlamaktadır. Bu son derece radyoaktif madde hem insanların sağlığı ve ülke ekonomisi için ciddi sonuçları olan ortamda mümkün bir sürümü neden olabilir. Binbaşı SAs bu tip NPP, Three Mile Island (ABD, 1979), içinde üç kez (eski SSCB, 1986) Çernobil ve Fukuşima (Japonya, 2011) meydana gelmiştir. Bu nedenle, NPP SAs dünya çapında, kapsayan birçok zorlu olayları birkaç tesislerinde önemli araştırma odaklanmıştır ve çok yüksek sıcaklık (3000 K kez aşan) ve radyoaktif malzemeler varlığı tarafından karmaşık.
Bu senaryoda, Avrupa Konseyi1 son yönergesiyle AB ülkeleri için nükleer güvenlik nükleer santralin ömrü her aşamasında en yüksek öncelik vermek gerekir. Bu Emanet değerlendirmeler önce yeni nükleer santral inşaatı yürüten ve aynı zamanda sağlanması eski reaktörler için önemli güvenlik geliştirmeleri içerir.
Bu bağlamda, Avrupa Komisyonu'nun kontrollü atmosfer, lazer-Isıtma ve hızlı radiance spectro pyrometry tesis2,3,4 uygulanan ortak araştırma merkezi'nın Enstitüsü Laboratuvar simülasyon, küçük bir ölçekte NPP için Transuranyum öğeleri çekirdeğin erimesine. Sınırlı örnek boyutu (genellikle üzerinde bir cm ve 0,1-g-ölçekli) ve yüksek verimlilik ve lazer Isıtma, bu yaklaşım izin hızlı ve etkili yüksek sıcaklık ölçümleri çok nükleer malzemeler üzerinde uzak doğası nedeniyle plütonyum ve küçük de dahil olmak üzere nükleer yakıt örnekleri actinide içeren. Bu konuda ve aşırı koşullarda malzemeleri ile ilgili veri büyük miktarda üretmek üzere kapasitesini, geçerli deneysel yöntemi dünya çapında benzersiz varlık olarak kabul edilmektedir. Aslında, indüksiyon Isıtma üzerinde dayalı diğer tamamlayıcı soruşturma teknikleri örnek malzeme ve kapsama5hızlı yüksek sıcaklık Hofstede muzdarip için gösterilmiştir. Bu tür teknikler izin ve çoğunlukla daha fazla analiz için malzeme miktarına gerekiyorsa, buna ek olarak, onlar daha az mevcut yöntem yüksek radyoaktivite ve örneklerin sınırlı yer nedeniyle gerçek nükleer madde incelenmesi için daha uygundur.
(Şekil 1'de kapsamlıdır) geçerli deneyler, bir α-korumalı eldiven kutusunda yer alan bir kontrollü atmosfer basınçlı kap monte bir örnek 4.5 kW ND: YAG CW lazer tarafından ısıtılır.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig1.jpg"> 
Şekil 1: Lazer-Isıtma ve radiance spectro pyrometry deneysel set-up. Örnek bir kontrollü atmosfer altında gaz geçirmez bir kap içinde grafit (veya akkor veya molibden) vidaları ile sabittir. Resmin sol alt köşede bildirdi, bir örnek, grafit vida ile sabit bir PuO2 disk olarak gösterir. Radyoaktif bir örneğiyse, gemi Alfa sıkı bir torpido içinde monte edilmelidir. Örnek bir 4.5 kW ND: Yag Lazer 1,064, ısıtmalı nm. Hızlı iki kanallı Pirometre örnek sıcaklık ve düşük-güç Ar+ lazer yansıyan sinyal kaydetmek için kullanılır. Bir daha yavaş çok kanallı spectro pyromenter sıcak örnek optik özelliklerini in situ analiz için istihdam edilmektedir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
Örnek radiance Leskiradyasyon Pirometreler ölçmek. Bu başına birim yüzey, dalga boyu ve katı açısı belli sıcaklık6örnek tarafından yayılan elektromanyetik radyasyon güç yoğunluğu azalır. Değiştirilmiş bir Planck işlev ile numune yüzey sıcaklığı T bağlı olduğu:

<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/54807/54807equation1.jpg">
Lλ ışınımsal güç, ελ spektral emissivite, c1 nerede 2· = h· c0 2 is ilk radyasyon sürekli, c2 = h· c0/kB 14,388 µm· = K ikinci radyasyon sabiti, c0 vakum ışığın hızını, Planck sabiti ve kB Boltzmann'ın sabiti h olduğunu. Spektral emissivite alır bir mumun yaymak gerçeğini dikkate, belirli dalga boyu ve sıcaklık, yalnızca bir kısmını aynı sıcaklıkta ideal bir cisim tarafından yayılan güç eşittir. Bu nedenle, 0 ve 1, hangi Planck hukuk için ideal karacisim durum elde edildi karşılık gelen 1 ile arasındaki değerleri alır. Mevcut çalışma Pirometreler ile ilgili örnek yüzey çevre normal her zaman kurmak beri ελ açı bağımlılık değil olarak kabul edildi ve "emissivite" her zaman normal spektral emissivite (NSE) sevk edecektir. NSE dönüştürmek için denklem 1 ve Leski mutlak sıcaklık T. içine Pirometre kalibrasyon prosedürü belirlenmelidir
Numune sıcaklık standart lambalar karşı kalibre bir hızlı Pirometre kullanarak algılanır kadar 2500 K, λ = 655 nm ve. Bir ek 256-kanal radiance spectro-Pirometre 515 arasında faaliyet nm ve 980 nm NSE (ελ) örnek çalışma için istihdam. NSE belirlenmesi termal emisyon spektrum denklem 12, 3, T ve sadece iki ücretsiz parametreleri olmak ελ ile doğrusal olmayan bir uyum tamamlayarak mümkündür. Ateşe dayanıklı materyaller7 bu kendisi için NSE kabul için bir NPP içinde genellikle mevcut gibi çalışarak doğru olması için bu yaklaşım gösterilmiştir dalga boyu bağımsız (gri gövde hipotez) spektral geniş bir tarih. Sonra lazer ısıtmalı örnek sıcaklığı doğru bir fonksiyonu olarak ölçülür, Termal Analiz ortaya çıkan sıcaklık-zaman eğrisi (thermogram) gerçekleştirilebilir.Çekimleri veya yerlerde termal tutuklamalar faz geçişleri (solidus, liquidus ve izotermal faz dönüşümleri) ile ilgili bilgi vermek. Ayrıca, NSE belirlenmesi için gerekli olmasının yanı sıra, doğrudan spektral analizi sıcak örnek tarafından yayılan radiance Lex da okudu yüzey optik bazı özelliklerini bir in situ çalışma izin verir. Bu faz geçişleri, kimyasal reaksiyonlar arasında yoğun malzemeler ve gaz faz veya segregasyon etkileri gibi yüksek sıcaklık olayları tanımlaması için başka bir destek aracı kabul ettiğiniz anlamına gelir. Adı verilen ek bir teknik ışık sinyali (RLS) analiz2, 3 faz geçişleri onaylamak için kullanılan yansıtıyordu. Bir düşük güç (1 G) için ayarlanmış Pirometre ikinci kanal kullanarak yapılır Ar+ lazer (λ = 488 nm). Bu kanal Ar+ boşluğundan kaynaklanan lazer ışını algılar ve örnek yüzey tarafından yansıtıyordu. Rasgele titreşimler nedeniyle yüzey gerilimi kaynaklı titreşimler sıvı örnek yüzeyinde Ergitme sonra görünür iken sabit HBS sinyal bir katı yüzey gösterir.
Genel olarak, su soğutmalı reaktör, katı yakıt öğelerini kullanarak şu anda NPP, en yaygın türü sahip radyoaktivite8çevreleme sağlamak için dört ardışık engeller. Kristal yapı ve mikro makroskopik gözeneklilik, yakıt Pelet kendisi, katı fizyon ürün ve uçucu olanlar parçası tutabilir ilk engeldir. Genel olarak, tüm yakıt öğe ikinci koruma aşama çalışır (Zircaloy veya Çelik) Metalik kaplama yerleştirilir. Kaplama arızası durumunda, genel olarak bir kaç cm kalın (birincil sistem) bir çelik duvar tarafından sınırlı bütün NPP iç gemi, üçüncü bir engeldir. Son olarak, binanın (m-kalın beton) çevreleme ortamı içine yayınlanmadan önce son Emanet engeldir.
Su soğutma sistemi arızası durumunda, NPP SA, aşırı ısınma ve erime çekirdeğin önde gelen gerçekleşebilir. Aşırı ısınma başlangıçta fizyon nedeniyle ısıdır. Ancak, soğutma yokluğunda, aşırı ısınma ayrıca nükleer zincir reaksiyonları, füzyon ürünleri ve nükleer çekirdek enkaz içinde yer alan son derece radyoaktif diğer türler artık çürüme ısı nedeniyle sona ermesi bir süre sonra devam edebilirsiniz. Genel olarak, alt erime bileşikler (muhtemelen eutectics) yakıt ve kaplama arasında arayüz, oluşan sürece göbek eritme yakıt öğe orta kısmından başlar. Mevcut araştırma ilk amacı böyle düşük erime bileşikler çok yakıt kaplama sistemlerinde oluşturulması mümkündür ve bu durumda ne sıcaklık depresyon erime sonucu olacaktır olup olmadığını, kurulması oluşur. Bu soruyu cevaplamak için saf ve karışık yakıt bileşiklerin erime davranış ilk için rahat etsin, hangi bu nedenle güncel yaklaşımlar daha da önemli bir amacı teşkil değerlendirilmek. Yakıt ve kaplama birlikte eritin, sıvı kütle hızla birincil geminin altına düşmek ve çelik duvar olup kalan su ve Buhar, tepki varsa başlar. Bu aşamada, çelik Ayrıca yakıt/kaplama ile birlikte erimiş sıcak karışım. Sonuçta ortaya çıkan lav gibi sıvı "corium" denir. Çelik Duvar aracılığıyla erimiş ve hatta en dış bariyer oluşturan beton ile tepki bu sıcak, son derece radyoaktif karışım birincil çevreleme dışında yaygın. Yüksek ısı ve yüksek reaktivite corium içinde mevcut türlerin su ayrılma ve hidrojen üretimi yol açabilir. Bu bir ek Buhar, hidrojen patlamalar (bkz. Three Mile Island ve Fukushima SAs), ağır oksidasyon veya corium (daha az muhtemel) hidrasyon neden kütle ve NPP yapısal malzeme. Geçerli deneysel yöntem ayırma ve olaylar açıklanan dizisi ile ilgili pek çok karmaşık fizikokimyasal mekanizmaları çeşitli deneysel analizi izin verir. Erime analiz ve yakıt-kaplama etkileşim, Pu içeren yakıt ve çelik, beton, arasındaki yakıt arasında birkaç yüksek sıcaklık etkileşim mekanizmaları gibi Basitleştirilmiş sistemlerinde araştırılması bahsedilen saf bileşeni yanı sıra vs. Corium oluşumu potansiyel olarak farklı atmosferler (inert gaz, hava, hidrojen veya buhar izleri), huzurunda çalışılabilir SAs kapsamlı bir anlayış için önemli referans veri üreten.
Özellikle yüksek erime malzemeleri, laboratuvar araştırma için uygun mevcut yaklaşım aynı zamanda diğer, daha yenilikçi türleri (, örneğin, uranyum karbürler veya nitritler dayalı) nükleer yakıtların başarılı analizi için istihdam edilmiştir ve ateşe dayanıklı diğer bileşenleri, zirkonyum9, Tantal ve Hafniyum karbürler, metalik Süperalaşımlar, kalsiyum oksit10, vb gibi.

<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

Büyük ve ciddi kazalar üç kez nükleer enerji santralleri (NPP), Three Mile Island (ABD, 1979), (eski SSCB, 1986) Çernobil ve Fukuşima (Japonya, 2011) meydana gelmiştir. Nedenleri, dynamics ve bu aksilikler sonuçlarını araştırma laboratuarında birkaç son üç yıl içinde dünya çapında yapıldı. Bu tür araştırma faaliyetleri ortak hedefleri vardır: Bu tür kazalar, mevcut ve potansiyel yeni nükleer santral; ikisinde önlenmesi nihai sonuçlarını indirilmesi; ve sonuçta, gerçek riskler tam bir anlayış NPP ile bağlı. Transuranyum öğeler için Avrupa Komisyonu ortak araştırma merkezi'nın Enstitüsünde laboratuvar simülasyon NPP çekirdek meltdown, şiddetli en yaygın türü için bir küçük ölçekte bir lazer-Isıtma ve hızlı radiance spectro pyrometry tesis kullanılır bir nükleer reaktör soğutma sistemi bir arıza sonucu olarak meydana gelebilir (SA) kaza. Bu simülasyon aracı hızlı ve etkili yüksek sıcaklık ölçümleri plütonyum ve küçük actinide içeren fizyon yakıt örnekleri gibi gerçek nükleer madde izin verir. Bu konuda ve aşırı koşullarda malzemeleri ile ilgili veri büyük miktarda üretmek üzere kapasitesini, geçerli deneysel kesinlikle benzersiz bir yaklaşımdır. Geçerli ve gelecek kavramlarını NPP için bazı farklı nükleer yakıtların erime davranışını örnek sonuçları sunulmuştur: uranyum-plütonyum oksitler, karbürler ve nitritler. Kaplama malzemeleri ile oksit yakıt yüksek sıcaklık etkileşim sonuçlarına da kısaca gösterilir.

Şekil 3 görüntüler gerçek sıcaklık yerlerde uranyum dioksit çeşitli oksidasyon düzeyleriyle ölçülür (UO2 + x 0 ile &#60; x &#60; 0.21)2. Uranyum dioksit geçerli NPP en yaygın yakıt temel bileşenidir. Onun oksidasyon çeşitli oksijen hiper-stoichiometry seviyeleri normal ve normal dışı reaktör koşulları12' oluşabilir. Geçerli yöntemiyle bu UO2 oksidasyon kendi erime/sertleşme noktası dramatik bir düşüş neden olabilir 700 K. tarafından gösterildi Bu durumda, bir oldukça yüksek inert gaz basıncı (tam olarak 10 MPa) altında son derece uyumlu buharlaşma yüksek sıcaklıklarda bastırmak için yapılacak deneyler vardı.
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig3.jpg"> 
Şekil 3: Yerlerde lazer ısıtmalı stokiometrik ve hyperstoichiometric uranyum dioksit örnekleri üzerinde ( 2' den sonra) ölçülür. Bir örnek çift-pulse lazer profil grafikte gösterilir. Yerlerde bazı UO2 + x besteleri için kaydedilir. Katılaşma tutuklamalar önemli ölçüde farklı sıcaklıklarda ve U-O sistemdeki erime/donma sıcaklığı ve katılaşma dinamikleri evrimi ortaya örnek kompozisyon bağlı olarak farklı özellikleri ile ortaya çikmaktadir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
Şekil 4 Pirometre (düz çizgi) ve oksitleyici bir atmosfer (0,3 MPa, basınçlı hava) altında ısıtmalı bir plütonyum dioksit örnek lazer kaydetti spectro Pirometre yerlerde gösterir. Ayrıca, PuO2 bir temel nükleer yakıt bileşenidir. Aynı şekilde, farklı sıcaklıklarda spectro Pirometre tarafından ölçülen iki parlaklık spectra de insets deneysel veriler ve karşılık gelen T ve ελ değerleri eğrileri ile birlikte görüntülenir. Sayesinde bu da çalışmanın, sıcaklığı erime/dondurma PuO2 3,017 K ± 28 K, 300 K daha yüksek daha önce daha geleneksel Isıtma yöntemleri tarafından belirtilen yeniden değerlendirmeye. Bu yöntemleri kesinlikle örnek ve içerik, büyük ölçüde mevcut uzak Isıtma yaklaşımı ile çözülmüş bir sorun geniş yüksek sıcaklık Hofstede tarafından etkilenen sonuç vermedi.
<img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig4.jpg"> 
Şekil 4: Erime noktası ısıtmalı bir plütonyum dioksit örnek lazer üzerinde yerlerde ölçülen. Ana grafik: Siyah düz çizgi ve tam siyah daireler hızlı Pirometre ve çoklu dalga boyu spectro-Pirometre, tarafından kaydedilen sırasıyla oksitleyici bir atmosfer altında bir PuO2 örneği yerlerde temsil eder. Beyaz daireler Planck'ın aydınlık Kanunu12verilerle deneysel radiance yaklaştırarak elde spektral emittance değerleri temsil eder. İki insets kaydedilen örnek spectra (siyah daireler) göstermek ve (kırmızı düz çizgiler) sıvı ve dondurucu PuO2, sırasıyla, gri gövde varsayım içinde monte. Bu araziler parlaklığı Mλ basitlik uğruna ilk radyasyon sürekli c1 için normalleştirilmiş. Ana thermogram 0.83 bir ortalama sabit emittance kullanarak elde edildi. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
Şekil 5 UO2 ve ZrO2 farklı atmosferler altında karışımı üzerinde gerçekleştirilen lazer-Isıtma bir dizi gösterir. Bu test bir NPP bir kaza sonucu sıcaklık gezi durumunda üretilen koşullardan temsilcisidir. Eğer deneyler argon içinde yürütülen erime/sertleşme noktası birbirini izleyen birkaç kadeh bir şey yinelenebilir sıcaklıkta oluşur. Öte yandan, lazer-Isıtma döngüleri basınçlı hava içinde gerçekleştirilmesi durumunda erime/katılaşması sıcaklık azaltmak lazer birkaç kadeh. Bu, ikinci durumda, gösterir örnek giderek lazer-Isıtma tedaviler sırasında okside. Ayrıca, karışık UO2durumunda - ZrO2 oksitler, erime noktası depresyon oksijen hiper stoichiometry koşullarda oluşur.
<img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig5.jpg"> 
Şekil 5: Yerlerde karışık UO2- ZrO2 örnekleri basınçlı argon ve hava ölçülür. Eğer deneyler argon (siyah yerlerde) yürütülen erime/sertleşme noktası birbirini izleyen birkaç kadeh iyi tekrarlanabilir bir sıcaklıkta oluşur. Öte yandan, lazer-Isıtma döngüleri basınçlı hava (yeşil yerlerde) gerçekleştirilmesi durumunda erime/katılaşması sıcaklık azaltmak lazer birkaç kadeh. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
Başka bir örnek başka bir tür malzeme uranyum dicarbide ilgilendiriyor. Bu potansiyel olarak daha yüksek sıcaklıklarda çalışma ve önemli ölçüde bir erime kaza riskini azaltır nükleer yakıt, alternatif bir kavramı için olası bir malzeme olarak öngörülmektedir. Karbon (sözde UC2.8) büyük bir fazlalığı içeren yeni bir kompozisyon geçerli yaklaşım14ile ilk kez araştırılmıştır. Bu durumda, ± 20 K, 27,37 K kurulan UC2- C eutectic sıcaklık, kübik tetragonal (α→β) katı hal sabit 2.050 K ± 20 K. geçiş, birlikte bir aydınlık referans olarak kullanılmıştır Karbon daha zengin bileşik NSE ilâ 0,7 650, artırmak için ölçüldü nm, oysa ελ 0,53 = değer saf uranyum dicarbide eutectic bölge limitte için kurulmuştur. Bu artış fazla karbon demixing ışığında analiz ve liquidus sıcaklık (3,220 ± 50 K için UC2.8) belirlenmesi için kullanılır. Hızlı katı hal difüzyon, tarafından kübik tetragonal geçiş, aynı zamanda teşvik nedeniyle bir lamel eutectic yapısı izi yok oda sıcaklığına Şoklama sonra gözlenen. Eutectic yüzey C/UC2-x kompozisyon niteliksel, ama sürekli olarak, kaydedilen radiance spectra yardımı ile soğutma işlemi sırasında şekil 6'da gösterildiği gibi takip edilebilir bir ve b.İlginçtir, geçerli NSE analiz sıvı faz dış sıvı yüzeyinin neredeyse tamamen uranyum dicarbide oluşturdu ise, o hızla dondurma üzerine demixed karbon zenginleştirilmiş, gösterdi. Demixed karbon hızlı bir şekilde daha fazla soğutma sırasında doğru iç toplu göç gibiydi. α→β geçiş uranyum dicarbide tekrar hemen hemen tüm dış yüzeyi kapsamaktadır. Tüm bu ayrıntıları çok yüksek sıcaklık malzeme davranışları üzerinde bileşik kontrolsüz sıcaklık artışı reaktör çekirdek durumunda bu tür analiz için gereklidir. İse onlar için diğer deneysel soruşturma tekniği çok az erişilebilir olacak sadece parlaklık spektroskopi analiz bazında sonucuna.
<img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig6.jpg"> 
Şekil 6: Bir UC2.8 örneği, basınçlı argon-14thermogram ve parlaklık spectra ölçülür. bir) bir thermogram soğutma sahne bir UC2.8 örneğin kaydetti. Tam daire hangi tarafından spectro Pirometre radiance spectra kaydedildi zaman Puan tanımlayın. b) dört parlaklık spectra örnekleri farklı sıcaklıklarda kaydetti. Diğer üç şekil 5a'görünür termal tutuklamalar karşılık ise onlardan biri içinde sıvı UC2.8, kaydedildi. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident at JoVE.com

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

Biz mevcut deneyler hangi gerçek nükleer yakıt, kaplama ve davranışlarını radiance spektroskopisi ve Termal Analiz çalıştığı süre 3000 K ötesinde sıcaklığa ısıtılmış lazer çevreleme malzemelerdir. Bu deneyler, bir laboratuvar ölçekte lav fazlı bir nükleer reaktör çekirdek erime takip oluşumu simülasyonu.

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

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

laser-heating-radiance-spectrometry-for-study-nuclear-materials

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Radioactivity and Nuclear Chemistry

SCIENTISTS IN ACTION

10.3K Görüntüleme.  European Commission, Joint Research Centre. Biz mevcut deneyler hangi gerçek nükleer yakıt, kaplama ve davranışlarını radiance spektroskopisi ve Termal Analiz çalıştığı süre 3000 K ötesinde sıcaklığa ısıtılmış lazer çevreleme malzemelerdir. Bu deneyler, bir laboratuvar ölçekte lav fazlı bir nükleer reaktör çekirdek erime takip oluşumu simülasyonu.

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

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.

Toprak benzerleri kullanılarak Darbe Enerjileri ve Zamanlama Parametreleri Lazer kaynaklı Dağılımı Spektroskopisi Sonuçlarının Bağımlılığı

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

Kimya

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.

Ölçme ve Atomik Hidrojen ve iki atomlu moleküler AIO, C Analizi<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, ve TiO Spectra takiben lazer kaynaklı Optik Dağılımı

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

Mühendislik

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.

Lazer kaynaklı Arıza Spektroskopisi: Organ Doku Nanopartikülün en Mapping ve Nicelik için Yeni Bir Yaklaşım

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.

Vivo hücresel yanıt-e doğru basit ve karmaşık DNA hasarı incelemek için lazer Microirradiation

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

Genetik

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.

Sentetik Nükleer Erime Cam Üretimi

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.

Plazmatronun ablatif Malzeme Test sırasında Emisyon Spektroskopik Sınır Tabaka İncelenmesi

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.

Yüksek Sıcaklık Plazma Tanı olarak Kullanım için X-ışını Görüntüleme Kristal Spektroskopisi Uygulanması

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.

Herhangi bir standart mikro-Raman spektrometresi ile yüksek radyoaktif Örneklerin Raman Analizi için yeni bir teknik

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.

Verimli Yüksek Sıcaklık Kimyası İçin Denge Dışı Mikrodalga Plazma

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.

Lazer kaynaklı arıza spektroskopisi ile vakum Indüksiyon erime niceliksel Analizi

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