Термоаналізатори SETARAM для ядерного палива та відходів

TN699 – Вимірювання у радіаційному середовищі

Адаптація стандартних термоаналізаторів та калориметрів для роботи у радіаційному середовищі
Вивчення радіаційного матеріалознавства включає роботу з небезпечними речовинами (паливо, відходи, хімічно активні гази, ін.) в безпечних для операторів та вимірювальної апаратури умовах.
У багатьох випадках ці матеріали потрібно обробляти в рукавичних боксах (glove boxe) або в гарячих камерах (свинцевих камерах) залежно від типу та інтенсивності випромінювання.
Такі методи як термоаналіз та калориметрія надають можливість з високою точністю дослідити характеристики ядерного палива та відходів. Тому існує потреба спеціального виконання вимірювальних пристроїв, щоб вони відповідали специфічним умовам експлуатації.

Основні елементи
Компанія SETARAM має значний досвід у розробці кастомізованих термоаналізаторів та калориметрів, що забезпечує якісні реалізації специфічних завдань. Головне питання полягало в тому, щоб розділити елементи термічного аналізатора (піч, камера зразків та контейнери, вимірювальні модулі і т.д.), що мають бути розміщені в рукавичних боксах або в гарячих камерах, окремо від електроніки управління та збору даних. Ця електроніка переважно розміщуються поза рукавичним боксом або гарячою камерою через її низьку стійкість до опромінення та з метою полегшення технічного обслуговування приладу.
Після розробки та виробництва, пристрій має бути встановлено кваліфікованим персоналом виробника, акредитованим для роботи в радіаційних умовах.

Технічні досягнення
Високотемпературні ТГА, ТГ-ДТА / ДСК модулі (для дослідження корозії, стабільності, стехіометричних характеристик та тривалої ізотермічної реакційної здатності оксидів), високотемпературні калориметри (вивчення методів падіння або теплового потоку для визначення теплоємності та формування фазової діаграми) або калориметри Кальве нижчої температури (теплова активність відходів, тепло при проходженні реакції) вже були успішно адаптовані для цих специфічних умов. Див. зображення нижче.

DSC131 Evo: управляюча електроніка (зліва) змонтована в окремому корпусі для захисту від радіаційного випромінювання

Кастомізований термоаналізатор LABSYS TGA підготовлений для розміщення в рукавичному боксі

Високотемпературний калориметр у рукавичному боксі

Більше того…
Подібні рішення також використовуються в інших сферах поза радіоактивного середовища. Наприклад при дослідженні токсичних матеріалів, легкозаймистих або вибухонебезпечних газів та за умов, коли контакт з повітрям може вплинути на цілісність випробовуваного матеріалу.
У деяких випадках, вимірювальні пристрої можуть бути значно перероблені чи змінені нашими інженерами та техніками під існуючі типи рукавичних боксів або гарячих камер.

Контекст
Всесвітньо відомий інститут у галузі ядерних досліджень допомагав компанії SETARAM Instrumentation у проектуванні та виготовленні термовагів під існуючий тип рукавичного боксу. Це була частина системи, що складалася з багатьох боксів, задіяних у підготовці та дослідженні характеристик зразків на основі актиніду.
Звичайно, внутрішні розміри були фіксовані. Але оскільки неможливо було відкрити рукавичний бокс, збірка всіх частин термовагів повинна була виконуватися на місці операторами, керованими інженерами та техніками SETARAM. Більше того, всі частини повинні були переміщуватися завдяки контейнерам із складним розміром (діаметр 250мм, висота 380-800 мм), та максимальною ємністю (5 або 25 кг залежно від контейнера).
Інші більш поширені обмеження були пов'язані з максимальною зовнішньої температурою термовагів (не вище 50° С), рознесенням керуючої електроніки та використанням термовагів на стійкому до землетрусу шасі.
Було заплановано кілька етапів контролю замовником - під час проектування та виробництва, з прийняттям готового пристрою у виробника та проведенням приймальних випробувань на площадці замовника.

Технічні досягнення
Керуюча електроніка була встановлена в окрему коробку, підключену до термовагів за допомогою кабелю. Це дозволило заощадити місце в рукавичному боксі та зменшити кількість опромінених відходів.
Всі великогабаритні деталі були перероблені, включаючи платформу термовагів та трансформатор живлення печі, щоб відповідати розмірам контейнера для транспортування. Термоваги було розміщено на шарнірному шасі для доступу до будь-якої частини приладу, а також було перероблено декілька монтажних частин: були додані ручки, щоб полегшити роботу з різними важкими або громіздкими деталями, була покращення зручність обслуговування вагів... Більше того, гострі або ріжучі деталі були модифіковані, щоб уникнути ризику зіпсувати рукавички.
Охолодження печі було змінено на двоконтурну систему:  всередині рукавичного боксу система з первинним контуром та теплообмінником, а вторинний контур з можливістю швидкого підключення поза межами боксу.


Схематичне зображення CAD (зліва) та термоваги у рукавичному боксі (праворуч)