كشف تسرب لغازات الانشطار في مفاعل نووي عن تحقيق جنائي ثلاثي الأبعاد. باستخدام التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (micro-CT) وبرنامج Volume Graphics، تم تحليل غلاف الزركونيوم (Zircaloy) لتحديد ما إذا كان سمك طبقة الأكسيد قد تجاوز الحد الحرج، مما تسبب في تمزق بسبب الضغط الداخلي. تمثل هذه الحالة مثالاً على كيف يمكن أن يؤدي إجهاد المواد تحت ظروف قاسية إلى فشل كارثي للمكونات الحرجة.
الارتباط بين سمك الأكسيد ونماذج التدهور في MATLAB 🔬
يتيح التصوير المقطعي المحوسب الدقيق الحصول على مقاطع حجمية للغلاف بدقة ميكرومترية. في برنامج Volume Graphics، يتم تجزئة طبقة الأكسيد لقياس سمكها في كل نقطة على السطح. يتم تصدير هذه البيانات إلى MATLAB، حيث يتم تنفيذ نماذج التدهور التي تحاكي تطور الأكسيد كدالة للوقت ودرجة الحرارة. تكشف المقارنة بين السمك المقاس والسمك الحرج (المحسوب من محاكاة الإجهاد تحت الضغط الداخلي) عن النقطة الدقيقة التي حدث فيها التمزق الانفجاري. تُظهر التصورات ثلاثية الأبعاد المدمجة تقدم الأكسيد والتشوه اللدن قبل الكسر.
دروس لمحاكاة الإجهاد في المواد النووية ⚛️
يُظهر هذا التحليل أن إجهاد الغلاف لا يعتمد فقط على الدورات الميكانيكية، بل أيضًا على التدهور الكيميائي. يتيح الجمع بين التصوير المقطعي المحوسب الدقيق وبرنامج Volume Graphics وMATLAB التحقق من صحة النماذج التنبؤية للعمر الافتراضي. بالنسبة لمهندسي المحاكاة، تؤكد هذه الحالة على ضرورة تضمين متغيرات مثل سمك الأكسيد في معايير الفشل، وبالتالي تجنب التمزقات المبكرة في التصاميم المستقبلية لعناصر الوقود.
كيف يؤثر الشكل ثلاثي الأبعاد لأغلفة الزركونيوم، الذي يكشفه التصوير المقطعي المحوسب الدقيق، في التنبؤ بفشل الإجهاد تحت ظروف الأكسدة والتمزق الانفجاري في مفاعل نووي؟
(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)