Browsing by Author "Auvinen, Ari"

Now showing 1 - 4 of 4

Chemical reactions on primary circuit surfaces and their effect on fission product transport in a severe nuclear accidents
(2010) Kalilainen, Jarmo
School of Science | Master's thesis
The objective of this work was to examine the chemical reactions taking place on primary circuit surfaces and their effect on fission product transport in a severe nuclear accident. Especially transport of gaseous and solid iodine was studied. Caesium iodide was used as precursor material for iodine compound. Also, effects of molybdenum and boron on transport of iodine were investigated. Six experiments with different precursor materials were conducted. Before each experiment, precursor materials were placed in an evaporation crucible. To determine the effect of the surface on the reactions, alumina or oxidized stainless steel were used as evaporation crucible material. During each experiment, the amount of hydrogen in the carrier gas was varied, in order to determine its effects on reactions of precursor material. Before each experiment, the crucible was placed inside a furnace which was heated to 650 °C. The gaseous reaction products formed in the crucible were trapped in bubbling bottles, and aerosol particles were collected in PTFE filters. The properties of aerosol reaction products, such as mass concentration and particle size distribution, were monitored with online measurement devices, such as TEOM and SMPS. The aerosol particles, as well as the crosscut samples created from the crucibles after the experiments, were also analysed with SEM and EDS. The water vapour concentration during the experiments was monitored with FTIR. The experiments showed that when CsI alone was used as precursor, as much as 20% of the released iodine was in gaseous form and rest was in aerosol particles. Aerosol particles were most likely caesium iodide. As the amount of hydrogen in the carrier gas was increased, the fraction of gaseous iodine dropped. When boron was added to the precursor, a glassy caesium borate glass surface was formed on the crucible. Boron trapped most of the caesium and some fraction of iodine, causing almost all released iodine to be in gaseous form. When molybdenum was introduced in the precursor, most of the iodine was again released in gaseous form. Oxidized Mo reacted with caesium releasing iodine from CsI. The effect of molybdenum on iodine transport depended much on hydrogen concentration and was observed to be substantially greater on stainless steel surface. When stainless steel crucible was used, Mo was found in small amounts from aerosol products, indicating that it was probably released as caesium molybdate or as molybdenum oxide.
Fissiotuotteiden uudelleenhöyrystymisen tutkimuslaitteisto
(1999) Auvinen, Ari
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Vakavassa reaktorionnettomuudessa merkittävän osan fissiotuotteista ennustetaan pidättyvän voimalan primääripiirin putkistoon. Depositioiden kuumenemisen tai kemiallisten reaktioiden seurauksena fissiotuotteet voivat höyrystyä uudelleen ja vapautua primääripiiristä onnettomuuden myöhäisessä vaiheessa, jolloin suojarakennuksen tiiviys on voitu jo menettää. Fissiotuotteiden uudelleenhöyrystymisen on analyyseissa todettu olevan merkittävimpiä onnettomuuden myöhäisen vaiheen epävarmuuksia arvioitaessa radionuklidien vapautumisen määrää ja ajankohtaa vakavassa reaktorionnettomuudessa. Tässä työssä on rakennettu ensimmäinen koelaitteisto, jolla fissiotuoteyhdisteiden höyrystymisnopeutta voidaan mitata ydinvoimalan primäärijäähdytyspiirin kaltaisessa ympäristössä. Höyrystysastia ja prosessiputki on valmistettu AISI 304 ruostumattomasta teräksestä, mikä on yleisesti primääripiirin putkistossa käytetty materiaali. Merkittävää on myös mahdollisuus tehdä kokeita puhtaassa vesihöyryatmosfäärissä. Vesihöyryn ohella mitä tahansa kaasua tai jopa aerosolihiukkasia voidaan syöttää koelaitteistoon. Kaasujen massavirta on vapaasti valittavissa ja näytteen lämpötilaa voidaan säätää 20..1000°C välillä yhden asteen tarkkuudella. Fissiotuotteiden höyrystymisnopeutta on tarkoitus mitata gammailmaisimella reaaliajassa lisäämällä näytteisiin radiomerkkiaineita. Tällä tavoin voidaan näytteissä havaita hyvin pieniä muutoksia sekä pienentää huomattavasti depositiosta ja kaasujen virtausnopeuden mahdollisesta vaihtelusta aiheutuvaa virhettä mittauksissa. Lisäksi menetelmä ei ole riippuvainen näytteenotosta eikä häiritse itse höyrystymisprosessia. Erityistä huomiota laitteiston suunnittelussa on kiinnitetty siihen, että radionuklidien pidättyminen laitteiston rakenteisiin minimoituisi. Tämän vuoksi virtauskanavassa ei ole kohtisuoria impaktiopintoja ja virtauksen jäähdyttäminen tapahtuu tässä työssä suunnitellussa huokoisen putken laimentimessa. Laitteiston toimintaa on testattu aerosolimittalaitteita käyttäen. Esikokeissa tutkittiin fissiotuoteyhdisteiden CsOH ja CsI kaltaisten testiaerosolien NaOH ja NaCl höyrystymistä sekä pidättymistä laitteistoon. Hiukkasten massavirtaa mitattiin värähtelevään elementtiin perustuvalla vaa'alla (TEOM) ja niiden kokojakaumaa differentiaalisella liikkuvuusanalysaattorilla (DMA). Työ on tehty VTT Energian Aerosolitekniikan laboratoriossa ja se on osa Euroopan komission neljättä puiteohjelmaa ydinturvallisuudesta.
Experimental study on fine particle resuspension in nuclear reactor safety
(2008) Raunio, Tapani
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Ydinreaktorin höyrynkehittimen putkien vikaantuminen on tärkeä aihe painevesireaktoreiden turvallisuuden kannalta. Vaikka höyrynkehittimen rikon sisältävän vakavan onnettomuuden todennäköisyys on pieni, voi tällaisissa onnettomuuksissa päästä hyvin suuri määrä radioaktiivisia aineita karkaamaan ympäristöön. Reaktorisydämen vaurioituessa suurin osa radioaktiivisista aineista vapautuu reaktorista pienhiukkasina. Hiukkasia sisältävän aerosolin kulkeutumiseen ja seinämiin pidättymiseen liittyvät fysikaaliset prosessit ovat tunnettuja, mutta prosessien voimakkuuksien määrittäminen on osoittautunut hyvin vaikeaksi. Tämän työn kirjallisuusosuudessa käytiin läpi aerosolin perusominaisuudet ja keskeiset pienhiukkasten pintaan pidättymiseen ja irtoamiseen liittyvät prosessit. Kokeellisessa osuudessa tutkittiin pienhiukkasten pidättymistä pintaan ja siitä irtoamista noin metrin pituisessa testiputkessa, joka oli halkaisijaltaan noin 13 mm. Aerosoli tuotettiin hienojakoisesta nikkelijauheesta. Kokeiden aikana käytettiin kolmea eri nikkelijauhetta, joiden aerodynaaminen mediaanihalkaisija oli 1,9-2,4 pm. Kokeissa oli kaksi erillistä vaihetta. Ensimmäisessä vaiheessa syötettiin aerosolia putkeen ja tutkittiin hiukkasten pidättymistä putken seinämiin. Toisessa vaiheessa putkeen syötettiin puhdasta ilmaa ja tutkittiin, miten pidättyneet hiukkaset irtoavat putken seinämiltä. Kokeissa vaihdeltiin hiukkasten pidättymismekanismeja. Päämenetelmät olivat turbulenttinen pidättyminen, elektroforeettinen pidättyminen ja laskeutuminen Mittauslaitteisto perustui valosignaalin vaimenemiseen sen kulkiessa putken läpi ja se mahdollisti reaaliaikaisen havainnoinnin tutkittavista ilmiöistä. Hiukkasten pidättymistulokset olivat kohtuullisen yhdenmukaisia kirjallisuudessa olevien tulosten kanssa, ottaen huomioon kuinka erilaisilla koelaitteistoilla kokeita on tehty. Vaikka hiukkasten irtoamistuloksia heikensivät moninaiset virhelähteet, näkyi tuloksista selvästi, että hiukkasten koon kasvaessa ne irtoavat helpommin putken seinämiltä. Turbulenttisempi virtaus kokeiden pidättymisvaiheessa johti hiukkasten tehokkaampaan pidättymiseen putken seinämille ja lyhyempään pidättymisvaiheeseen. Hiukkasia irtosi suurempi osuus seinämiltä niissä turbulenttisissa kokeissa, joissa hiukkaset olivat pidättyneet tehokkaammin putken seinämille.
Production of cobalt nanoparticles by hydrogen reduction method
(2005) Forsman, Johanna
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Työn tavoitteena oli tuottaa kobolttinanohiukkasia pelkistysmenetelmällä. Koboltti on ferromagneettinen materiaali ja siksi kobolttinanohiukkasilla on poikkeuksellisia magneettisia ominaisuuksia. Niille voi löytyä käyttöä muun muassa magneettisen tallentamisen tai magneettisen soluerottelun parista. Koboltti on myös laajalti käytetty katalyyttimateriaali ja kobolttinanohiukkasilla saattaa olla erinomaiset katalyyttiset ominaisuudet, sillä niiden pinta-ala suhteessa tilavuuteen on hyvin suuri. Useita menetelmiä kobolttinanohiukkasten tuotantoon on kokeiltu, mutta harvat ovat tarkasti kontrolloitavissa ja toimivat myös isoilla tuotantomäärillä. Yksi sellainen tekniikka on vetypelkistysreaktio, jota on käytetty tässä työssä. Vetypelkistysmenetelmässä kobolttikloridilähtöaine höyrystetään ja sekoitetaan sitten vetykaasun kanssa. Nopea reaktio tuottaa kobolttia ja kloorivetyä. Koboltin saturaatiopaine on hyvin pieni reaktiolämpötilassa ja välitön nukleaatio tuottaa nanohiukkasia. Kokeet tehtiin vaakaputkiuunissa. Kobolttikloridin syöttöön käytettiin kahta menetelmää; se höyrystettiin veneestä suoraan uunissa tai syötettiin ultraäänisumuttimen avulla vesiliuoksena. Höyrystysvenekokoonpanolla tuotetut hiukkaset olivat pyöreitä ja niiden halkaisija oli noin 30 nm. Kokojakauma oli kapea. Hiukkasissa oli myös jonkin verran klooria. Sumutinkokoonpanolla tuotetut hiukkaset olivat puhdasta kobolttia. Niiden kokojakauma oli laaja kattaen alueen 10 nm - 1 µm. Molemmissa kokoonpanoissa suurin ongelma oli, että vetyä kulkeutui liian lähelle uunin sisäänmenoa. Se aiheutti pelkistysreaktion osittain myös ennen kobolttikloridin haihtumista. Todennäköinen syy tähän on noste, joka pakotti vedyn uunin yläosiin. Työn tavoite saavutettiin, kobolttinanohiukkasia tuotettiin. Jatkuva tuotanto oli mahdollista sumuttimen avulla, mikä on merkittävä parannus aikaisempiin menetelmiin. Jatkossa tuotantomenetelmää kehitetään tuotantomäärien kasvattamiseksi ja työssä ilmenneiden ongelmien ratkaisemiseksi. Työ on tehty VTT Prosessien Pienhiukkaset ja katalyytit -ryhmässä.