irradiated graphite waste - Stored energy
Οι πυρήνες των πρώιμων αντιδραστήρων πυρηνικής σχάσης έρευνας και παραγωγής με επιβραδυντή τον γραφίτη στο Ηνωμένο Βασίλειο, λειτουργούσαν σε θερμοκρασίες κάτω των 150°C. Λόγω αυτής της χαμηλής θερμοκρασίας, ο γραφίτης του πυρήνα τους περιέχει σημαντικές ποσότητες αποθηκευμένης ενέργειας (Wigner) που μπορεί να απελευθερωθεί με τη θέρμανση του γραφίτη πάνω από τη θερμοκρασία ακτινοβόλησης. Αυτή η εξώθερμη συμπεριφορά οδήγησε σε μια σειρά ζητημάτων κατά τον παροπλισμό τους, που σχετίζονται με τη μακροπρόθεσμη «ασφαλή αποθήκευση», την αποσυναρμολόγηση του πυρήνα του αντιδραστήρα, τη συσκευασία των απορριμμάτων γραφίτη και την τελική διάθεση των ακτινοβολημένων αποβλήτων γραφίτη. Η απελευθέρωση της αποθηκευμένης ενέργειας μπορεί να μοντελοποιηθεί χρησιμοποιώντας κινητικά μοντέλα. Αυτά τα μοντέλα βασίζονται σε εμπειρικά δεδομένα που λαμβάνονται είτε από δείγματα γραφίτη που έχουν ακτινοβοληθεί σε αντιδραστήρες δοκιμών υλικών (MTR) είτε σε δεδομένα που λαμβάνονται από μικρά δείγματα που λαμβάνονται από τους ίδιους τους αντιδραστήρες. Τα δεδομένα από αυτά τα πειράματα χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή των ενεργειών ενεργοποίησης και των χαρακτηριστικών συναρτήσεων των αντιδράσεων απελευθέρωσης που χρησιμοποιούνται σε κινητικά μοντέλα. Η παρούσα διατριβή περιλάμβανε την ανάπτυξη κατανόησης των διαφορετικών ποιοτήτων γραφίτη, τη συσχέτιση της συσσώρευσης αποθηκευμένης ενέργειας με το ιστορικό λειτουργίας του αντιδραστήρα και τη διερεύνηση ιστορικών δεδομένων πειραμάτων απελευθέρωσης αποθηκευμένης ενέργειας. Η απελευθέρωση της αποθηκευμένης ενέργειας στις διάφορες συνθήκες που ισχύουν κατά τον παροπλισμό του αντιδραστήρα έχει διεξαχθεί με τη χρήση τεχνικών θερμικής ανάλυσης όπως η θερμιδομετρία διαφορικής σάρωσης (DSC). Αναπτύχθηκαν, επικυρώθηκαν και εφαρμόστηκαν κινητικά μοντέλα, κατάλληλα για τη μελέτη της απελευθέρωσης της αποθηκευμένης ενέργειας σε ακτινοβολημένα υπολείμματα γραφίτη. Αναπτύχθηκε μια δυνητικά έγκυρη μέθοδος, για τον προσδιορισμό του αποθηκευμένου ενεργειακού περιεχομένου των συστατικών του γραφίτη και της κινητικής της απελευθέρωσης ενέργειας. Μια άλλη παράμετρος που διερευνήθηκε σε αυτή τη μελέτη ήταν αφιερωμένη στην προσομοίωση της βλάβης από ακτινοβολία χρησιμοποιώντας ακτινοβολία ιόντων. Ο βομβαρδισμός ιόντων μικρών δειγμάτων γραφίτη είναι μια προσβάσιμη μέθοδος προσομοίωσης της βλάβης από ακτινοβολία ταχέων νετρονίων. Προκειμένου να αποκτηθει εμπιστοσύνη ότι η βλάβη από την ακτινοβολία ιόντων είναι ένα καλό μοντέλο προσομοίωσης για τη βλάβη από ακτινοβολία νετρονίων, διερευνήθηκαν επίσης οι ιδιότητες και η μικροδομή διαφόρων τύπων πυρηνικού γραφίτη που ακτινοβολήθηκε με ιόντα. Η φασματοσκοπία Raman χρησιμοποιήθηκε για να συγκριθούν τα αποτελέσματα του βομβαρδισμού ιόντων με τα αναφερόμενα από την βιβλιογραφία αποτελέσματα της ακτινοβολίας νετρονίων. Οι αλλαγές στην περιεκτικότητα σε ασυνέχειες πλέγματος με τη θερμική ανόπτηση του ακτινοβολούμενου γραφίτη με ιόντα, συγκρίθηκαν με την ανόπτηση του πυρηνικού γραφίτη ακτινοβολημένου με νετρόνια.