4/2021

Fázová transformace korozních vrstev na povlakových trubkách palivových elementů

Cílem této práce byla fázová analýza korozních vrstev na slitinách zirkonia. Slitiny zirkonia se v prostředí jaderných reaktorů pokrývají ochrannou vrstvou oxidu zirkoničitého, který se ve vzniklých korozních vrstvách vyskytuje ve dvou krystalických modifikacích – monoklinické a tetragonální. Distribuce těchto fází v korozní vrstvě může mít vliv na celkovou korozní rychlost. Ke zjištění složení korozních vrstev byla použita analytická metoda Ramanovy mikrospektroskopie. Použití této metody je výhodné, protože lze ve spektrech korozních vrstev snadno rozlišit monoklinickou a tetragonální fázi. Celkem byly proměřeny vzorky ze dvou slitin. Tyto vzorky prošly stejným teplotním cyklem a byly vystaveny stejnému prostředí. V každé sérii slitina prošla kinetickým přechodem (tzv. tranzientem). Bylo zjištěno, že koroze postupuje dle teoretických předpokladů – tj. že relativní zastoupení tetragonální fáze po tranzientním bodě významně klesne. Rovněž bylo zjištěno, že korozní vrstvy jsou značně heterogenní z hlediska rozložení krystalických modifikací.

Identifikace přechodových dějů korozních vrstev palivových elementů pomocí impedanční spektroskopie

Práce se zabývá vlivem kinetického tranzientu na změny dielektrické konstanty oxidu vytvořeného na slitinách typu Zr-Nb-Sn-Fe a Zr-Nb-Fe. Oba typy slitin jsou používány jako povlakový materiál jaderného paliva. Vzorky slitin byly preexponovány při 360 °C v roztoku LiOH o koncentraci lithných iontů 70 mg/l. Ke studiu vlastností oxidu a vlivu tranzientu bylo použito ex situ měření elektrochemickou impedanční spektroskopií. Touto metodou byl tranzient u všech slitin pozorovatelný, změnu poměru obsahu monoklinického a tetragonálního oxidu bylo možné vyhodnotit na základě rozdílné efektivní dielektrické konstanty těchto dvou fází. Slitina Zr-Nb-Sn-Fe vykazovala nástup tranzientu po 105. dni preexpozice, změna poměru krystalických fází byla však méně výrazná než u slitiny Zr-Nb-Fe, u které bylo tranzient možné pozorovat až po 147 dnech preexpozice. Výsledné hodnoty efektivní dielektrické konstanty oxidů dobře korelují s procentuálním zastoupením tetragonálního oxidu stanoveného Ramanovou spektroskopií a s výsledky měření metodou hmotnostních přírůstků.

Adsorpční technologie odsíření plynu

Stabilita pyrolýzních kondenzátů při jejich vysokoteplotním zpracování

V rámci projektu zabývajícího se materiálovým využitím odpadních plastů zpracovávaných pyrolýzními postupy byl navržen proces čištění primárního pyrolýzního plynu za teploty nad rosným bodem kondenzujících složek. Aby se zamezilo ztrátám kapalných produktů, byly navrženy dva postupy ke studiu této problematiky. První postup spočíval v oddělení pyrolýzního kondenzátu od permanentních plynů a jeho následném odpaření a zavedení do vysokoteplotního reaktoru, kde má probíhat čištění. Druhý postup užíval stejná zařízení, ale pyrolyzér byl sériově propojen vyhřívanou trasou s vysokoteplotním reaktorem. Funkce zařízení je demonstrována na dvojici čistých polymerů, a to na vysokohustotním polyethylenu a polypropylenu. V praxi nicméně zařízení slouží k testům odpadních plastů. Hmotnostní bilance kapalných, plynných a pevných produktů pyrolýzy a následného průchodu parní fáze přes vysokoteplotní reaktor byla doplněna údaji z chromatografické analýzy. Experimenty ukázaly, že oddělení pyrolýzy a následné evaporace kondenzátu v samostatném reaktoru způsobí tvorbu nežádoucího množství jemného aerosolu (mlhy). Při pyrolýze bez dalšího vysokoteplotního kroku vznikalo 85–90 % kondenzátu. Zařazení separátního vysokoteplotního reaktoru však snížilo hmotnostní výtěžek kondenzátu na pouhých 44,5–47,5 % ve prospěch výše zmíněného aerosolu. Jeho převedení zpět na kapalinu je obtížné a činí proces pro průmysl neefektivní. Přímé propojení pyrolyzéru s vysokoteplotním reaktorem výrazně zvýšilo výtěžky kondenzátů na 68,5–73,5 %. Průchod přes vysokoteplotní reaktor způsobil též mírnou změnu ve složení kondenzátů. Zastoupení uhlovodíků C21–C29 se snížilo na úkor obsahu uhlovodíků C5–C15. Kromě ověření vhodného přístupu k vysokoteplotnímu zpracování pyrolýzních produktů z pokusů vyplynulo, že oddělení dvou reaktorů významným způsobem mění výsledky experimentů. Při laboratorní simulaci průmyslových procesů je proto důležité nepřistupovat ke zjednodušením, ale v maximální míře kopírovat všechny podmínky.

Vliv procesu úpravy vzorků na charakteristické vlastnosti biopaliv

U nedřevní biomasy využívané ve spalovacích procesech jsou sledovány charakteristické vlastnosti, jako např. obsah vody, prchavé hořlaviny a popelovin. Většina vzorků nedřevní biomasy je značně nehomogenní a rozměrná na to, aby mohla být analyzována v původním stavu, a tudíž je potřeba ji upravit. Velkým problémem, který je v článku popisován, je změna těchto vlastností při předúpravě vzorku před vlastní analýzou. V dané publikaci byl sledován vliv procesu mletí na rotorovém mlýnu na obsah vody, prchavé hořlaviny a popeloviny ve vzorcích nedřevní biomasy. Byly analyzovány vzorky lnu, katránu, amarantu a žita. U všech vzorků byl během mletí prokázán úbytek vlhkosti ze vzorku a v případě olejnatého materiálu také značný úbytek prchavé hořlaviny. Z provedených analýz vyplývá, že námi používaný druh mlýna je vhodné používat při úpravě vzorků před analýzou pro většinu materiálů. Pouze v případě olejnin je vhodné zvolit jinou metodu zmenšení částic a homogenizace.