Get a site

پایان نامه ارشد:مطالعه اثر تشعشعات رادیواکتیو بر روی سینتیک تخریب حرارتی و طول عمر برخی از پیشرانه ها

پایان نامه رشته :شیمی

گرایش :شیمی فیزیک

عنوان : مطالعه اثر تشعشعات رادیواکتیو بر روی سینتیک تخریب حرارتی و طول عمر برخی از پیشرانه ها

دانشگاه ارومیه

دانشکده علوم

گروه شیمی

پایان ­نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد  در رشته شیمی گرایش شیمی فیزیک

 

موضوع:

مطالعه اثر تشعشعات رادیواکتیو بر روی سینتیک تخریب حرارتی

و طول عمر برخی از پیشرانه ها

استاد راهنما :

دکتر علی حسن زاده

 

بهمن ۹۲

فهرست مطالب

عنوان                                                      صفحه

چکیده. ۱

فصل اول: مقدمه و پیشینه.

۱-۱مقدمه:. ۲

۱-۲ کشف رادیو اکتیویته ۲

۱-۲-۱ رادیواکتیویته ۲

۱-۲-۲واحد های اکتیویته ۳

۱-۲-۳واپاشی. ۴

۱-۲-۴برهمکنش تابش با ماده. ۴

۱-۲-۵خواص نوترونهای آزاد ۵

۱-۲-۵-۱تقسیم بندی نوترونها از لحاظ انرژی ۶

۱-۲-۵-۲ برهمکنش نوترون با ماده ۶

۱-۲-۵-۳ فعالسازی نوترونی ۷

۱-۲-۶پرتوγ  (Gamma ray) 7

۱-۲-۶-۱برهمکنش گاما با ماده. ۸

۱-۲-۶-۱-۱ اثر فوتوالکتریک. ۹

۱-۲-۶-۱-۲ اثرکامپتون ۱۰

۱-۲-۶-۱-۳ تولید جفت یون. ۱۱

۱-۲-۶-۲ تابش دهی گاما و تولید ساختارهای شیمیایی جدید ۱۲

۱-۳ پیشرانه ها:. ۱۳

۱-۳-۱ کلیات. ۱۳

۱-۳-۲ خصوصیات پیشرانه جامد ۱۵

۱-۴ تعریف واکنش های حالت جامد. ۱۸

۱-۴-۱ سینتیک واکنش های حالت جامد ۱۸

۱-۴-۲ قوانین سرعت در سینتیک حالت جامد. ۱۹

۱-۴-۲-۱مدلها و مکانیسم ها در سینتیک حالت جامد. ۲۲

۱-۴-۲-۱-۱ طبقه بندی مدلها. ۲۲

۱-۴-۲-۱-۲طبقه بندی و استخراج مدلها بر اساس مفروضات مکانیسمی ۲۴

۱-۵ روش های بررسی سینتیک حالت جامد. ۲۵

۱-۵-۱روشهای تجربی. ۲۵

۱-۵-۱-۱ روش های همدما ۲۶

۱-۵-۱-۲روشهای غیرهمدما ۲۶

۱-۵-۲روشهای محاسباتی ۲۸

۱-۵-۲-۱روشهای وابسته به مدل. ۲۸

۱-۵-۲-۲روشهای مستقل از مدل ۳۰

۱- ۶ تغییر انرژی فعالسازی با پیشرفت واکنش. ۳۲

۱-۶-۱ تغییرات حقیقی انرژی فعالسازی ۳۲

۱-۶-۱-۱ واکنش های بنیادی ۳۲

۱-۶-۱-۲ واکنش های پیچیده ۳۲

۱-۶-۲ تغییرات تصنعی در انرژی فعالسازی. ۳۳

۱-۷ پیش بینی طول عمر ۳۳

۱- ۸ مقدمه ای بر روش های آنالیز حرارتی ۳۴

۱-۸-۱تاریخچه روش های آنالیز حرارتی ۳۴

۱-۸-۲کاربرد ها ۳۴

فصل دوم مواد و روش کار

۲-۱ تکنیک ها:. ۳۶

۲-۲ مواد مصرفی:. ۳۶

۲-۳ دستگاه ها: ۳۶

۲-۴ نرم افزارهای مورد استفاده: ۳۶

فصل سوم: بحث و نتایج

۳-۱ مطالعه حرارتی  K25:. 38

۳- ۱-۱نمودارهای DSC نمونه های مورد آزمایش. ۳۸

۳-۱-۲پیشرفت واکنش. ۴۰

۳-۱-۳سرعت واکنش. ۴۱

۳-۱-۴سرعت واکنش برحسب پیشرفت واکنش ۴۲

۳-۱-۵تحلیل داده های حرارتی با روش کیسینجر. ۴۳

۳-۱-۶تعیین پارامترهای سه گانه ی سینتیکی. ۴۶

۳-۱-۷تغییرات Ea با پیشرفت واکنش. ۴۸

۳-۱-۸نمودارهای اثر جبرانی. ۴۹

۳-۱-۹محاسبه بستگی Ea  به α ۵۰

۳-۱-۱۰تعیین طول عمر پیشرانه K25. 51

۳-۲مطالعه حرارتی K30. 52

۳-۲-۱نمودار DSC پیشرانه K30. 52

۳-۲-۲پیشرفت واکنش. ۵۳

۳-۲- ۳ سرعت واکنش. ۵۴

۳-۲-۴سرعت واکنش برحسب پیشرفت واکنش ۵۵

۳-۲-۵تحلیل داده های حرارتی با معادله کیسینجر ۵۶

۳-۲-۶تعیین پارامترهای سه گانه ی سینتیکی. ۵۸

۳-۲-۷تغییرات Ea با پیشرفت واکنش. ۶۰

۳-۲-۸نمودارهای اثر جبرانی: ۶۲

۳-۲-۹محاسبه بستگی Ea  به α ۶۳

۳-۲-۱۰ پیش بینی  طول عمر پیشرانه ۶۳

۳-۳نتیجه گیری: ۶۵

۳-۴پیشنهادات:. ۶۶

فهرست شکل ها

عنوان                                                                صفحه

شکل ‏۱‑۱   اثر فتوالکتریک ۱۰

شکل ‏۱‑۲ اثر کامپتون. ۱۱

شکل ‏۱‑۳ تولید زوج یون. ۱۲

شکل ‏۱‑۴: مکانهای انجام واکنش در فاز همگن (الف) و فاز غیرهمگن (ب)    ۱۹

شکل ‏۱‑۵: تبدیل پارامترهای اندازه گیری جرم در TGA(الف) و شار گرمایی در (DSC) (ب) به کسر تبدیل (ج). ۲۱

شکل ‏۱‑۶ نمودارهای α-tصعودی (الف)، نزولی(ب)،سیگموئیدی(ج) و خطی(د) در بررسی های همدما. ۲۳

شکل ‏۱‑۷ نمودارهای dα/dt صعودی (الف)،نزولی (ب)،سیگموئیدی(ج) و خطی (د) در بررسی های همدما. ۲۳

شکل ‏۱‑۸ : نمایش شماتیک منحنی های هم دما، T7<T6<T5<T4<T3<T2<T1   ۲۶

شکل ‏۱‑۹ نمونه ای از نمودار DSC با چندین حالت تغییر فاز ۳۵

شکل ‏۲‑۱: نرم افزارهای استفاده شده. ۳۷

شکل ‏۳‑۱: نمودار DSC تخریب K25 سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) . ۳۹

شکل ‏۳‑۲: نمودارDSC تخریب حرارتی سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای K25 تحت تابش نوترون گرمایی (راست)، تحت تابش گاما (چپ) ۳۹

شکل ‏۳‑۳: نمودارپیشرفت واکنش(α-T) بر حسب دما در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای تخریب حرارتیK25 40

شکل ‏۳‑۴: نمودارپیشرفت واکنش(α-T) بر حسب دما در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای تخریب حرارتیK25 تحت تابش نوترون گرمایی (راست)، تحت تابش گاما (چپ). ۴۰

شکل ‏۳‑۵: نمودار سرعت واکنش(dα/dt-T) بر حسب دما در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای تخریب حرارتیK25 41

شکل ‏۳‑۶: نمودار سرعت واکنش(dα/dt-T) بر حسب دما در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای تخریب حرارتیK25 تحت تابش نوترون گرمایی (راست)، تحت تابش گاما (چپ). ۴۱

شکل ‏۳‑۷: نمودار سرعت واکنش  بر حسب پیشرفت واکنش  (dα/dt-α)در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای تخریب حرارتیK25. 42

شکل ‏۳‑۸: نمودار سرعت واکنش بر حسب پیشرفت واکنش (dα/dt-α) در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای تخریب حرارتیK25 تحت تابش نوترون گرمایی (راست)، تحت تابش گاما (چپ) ۴۲

شکل ‏۳‑۹:نمودار محاسبه انرژی فعالسازی به روش کیسینجر K25. 43

شکل ‏۳‑۱۰: نمودار محاسبه انرژی فعالسازی به روش کیسینجر K25 تحت تابش نوترون گرمایی. ۴۴

شکل ‏۳‑۱۱: نمودار محاسبه انرژی فعالسازی به روش کیسینجر K25 تحت تابش گاما ۴۵

شکل ‏۳‑۱۲  نمودارهای خطی روش کوتس – ردفرن با مدلهای مختلف در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی)  برای تخریب حرارتی K25 46

شکل ‏۳‑۱۳: نمودارهای خطی روش کوتس – ردفرن با مدلهای مختلف در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی)  برای تخریب حرارتی K25 تحت تابش نوترون گرمایی. ۴۷

شکل ‏۳‑۱۴: نمودارهای خطی روش کوتس – ردفرن با مدلهای مختلف در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی)  برای تخریب حرارتی K25 تحت تابش گاما ۴۷

شکل ‏۳‑۱۵: نمودار تغییرات Ea (قرمز)و LnfA (آبی) بر حسب α برای K25 با بهره گرفتن از روش فریدمن. ۴۸

شکل ‏۳‑۱۶: نمودار تغییرات Ea (قرمز)و LnfA (آبی) بر حسب α برای K25تحت تابش نوترون گرمایی(راست) و گاما(چپ) با بهره گرفتن از روش فریدمن. ۴۹

شکل ‏۳‑۱۷: وجود اثر جبرانی با بهره گرفتن از روش فریدمن در تخریب حرارتی K25 49

شکل ‏۳‑۱۸:وجود اثر جبرانی با بهره گرفتن از روش فریدمن در تخریب حرارتی K25تحت تابش نوترون گرمایی(راست)-گاما(چپ) ۵۰

شکل ‏۳‑۱۹: نمودارDSC تخریب حرارتی سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای K30. 52

شکل ‏۳‑۲۰: نمودارDSC تخریب حرارتی سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای K30 تحت تابش نوترون گرمایی (راست)، تحت تابش گاما (چپ) ۵۲

شکل ‏۳‑۲۱: نمودارپیشرفت واکنش(α-T) بر حسب دما در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای تخریب حرارتیK30 53

شکل ‏۳‑۲۲: نمودارپیشرفت واکنش(α-T) بر حسب دما در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای تخریب حرارتیK30 تحت تابش نوترون گرمایی (راست)، تحت تابش گاما (چپ). ۵۳

شکل ‏۳‑۲۳: نمودار سرعت واکنش(dα/dt-T) بر حسب دما در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای تخریب حرارتیK30 54

شکل ‏۳‑۲۴: نمودار سرعت واکنش(dα/dt-T) بر حسب دما در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای تخریب حرارتیK30 تحت تابش نوترون گرمایی (راست)، تحت تابش گاما (چپ). ۵۴

شکل ‏۳‑۲۵: نمودار سرعت واکنش بر حسب پیشرفت واکنش (dα/dt-α) در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای تخریب حرارتیK30. 55

شکل ‏۳‑۲۶: نمودار سرعت واکنش بر حسب پیشرفت واکنش (dα/dt-α) در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی) برای تخریب حرارتیK30 تحت تابش نوترون گرمایی (راست)، تحت تابش گاما (چپ) ۵۵

شکل ‏۳‑۲۷: نمودار برای محاسبه انرژی فعالسازی به روش کیسینجر K30 56

شکل ‏۳‑۲۸: نمودار برای محاسبه انرژی فعالسازی به روش کیسینجر K30 تحت تابش نوترون گرمایی. ۵۷

شکل ‏۳‑۲۹: نمودار برای محاسبه انرژی فعالسازی به روش کیسینجر K30 تحت تابش گاما ۵۸

شکل ‏۳‑۳۰: نمودارهای خطی روش کوتس – ردفرن با مدلهای مختلف در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی)  برای تخریب حرارتی K30 59

شکل ‏۳‑۳۱: نمودارهای خطی روش کوتس – ردفرن با مدلهای مختلف در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی)  برای تخریب حرارتی K30 تحت تابش نوترون گرمایی. ۵۹

شکل ‏۳‑۳۲: نمودارهای خطی روش کوتس – ردفرن با مدلهای مختلف در سرعتهای حرارت دهی ۱۰(آبی)-۱۵(سبز)-۲۰(قرمز)-۲۵(زرد)-۳۰(مشکی)  برای تخریب حرارتی K30 تحت تابش گاما ۶۰

شکل ‏۳‑۳۳: نمودار تغییرات Ea (قرمز)و LnfA (آبی) بر حسب α برای K30 با بهره گرفتن از روش فریدمن. ۶۱

شکل ‏۳‑۳۴: نمودار تغییرات Ea (قرمز)و LnfA (آبی) بر حسب α برای K30 تحت تابش نوترون گرمایی(راست) و گاما(چپ) با بهره گرفتن از روش فریدمن  ۶۱

شکل ‏۳‑۳۵: وجود اثر جبرانی با بهره گرفتن از روش فریدمن در تخریب حرارتی K30 62

شکل ‏۳‑۳۶: وجود اثر جبرانی با بهره گرفتن از روش فریدمن در تخریب حرارتی K30تحت تابش نوترون گرمایی(راست)-گاما(چپ) ۶۲

 

 

 

 

فهرست جدول ها

عنوان                                                                صفحه

جدول ‏۱‑۱: مدلهای مختلف سینتیک حالت جامد. ۲۵

جدول ‏۳‑۱: نتایج محاسبات به روش کیسینجر K25. 43

جدول ‏۳‑۲: نتایج محاسبات به روش کیسینجر K25 تحت تابش نوترون گرمایی   ۴۴

جدول ‏۳‑۳ : نتایج محاسبات به روش کیسینجر K25 تحت تابش گاما. ۴۵

جدول ‏۳‑۴: محاسبه بستگی انرژی فعالسازی به درجه پیشرفت واکنش K25 50

جدول ‏۳‑۵: محاسبه بستگی انرژی فعالسازی به درجه پیشرفت واکنش K25تحت تابش نوترون گرمایی. ۵۰

جدول ‏۳‑۶: محاسبه بستگی انرژی فعالسازی به درجه پیشرفت واکنش K25 تحت تابش گاما ۵۰

جدول ‏۳‑۷ پارامترهای سینتیکی K25 با بهره گرفتن از روشASTM. 51

جدول ‏۳‑۸ پارامترهای سینتیکی K25 تحت تابش نوترون گرمایی با بهره گرفتن از روش ASTM. 51

جدول ‏۳‑۹ پارامترهای سینتیکی K25 تحت تابش گاما با بهره گرفتن از روش ASTM 51

جدول ‏۳‑۱۰ نتایج محاسبات به روش کیسینجر K30. 56

جدول ‏۳‑۱۱  نتایج محاسبات به روش کیسینجر K30 تحت تابش نوترون گرمایی   ۵۷

جدول ‏۳‑۱۲ نتایج محاسبات به روش کیسینجر K30تحت تابش گاما ۵۸

جدول ‏۳‑۱۳: محاسبه بستگی انرژی فعالسازی به درجه پیشرفت واکنش K30 63

جدول ‏۳‑۱۴: محاسبه بستگی انرژی فعالسازی به درجه پیشرفت واکنش K30تحت تابش نوترون گرمایی. ۶۳

جدول ‏۳‑۱۵: محاسبه بستگی انرژی فعالسازی به درجه پیشرفت واکنش K30 تحت تابش گاما ۶۳

جدول ‏۳‑۱۶: پارامترهای سینتیکی K30: با بهره گرفتن از روشASTM 63

جدول ‏۳‑۱۷ پارامترهای سینتیکی K30 تحت تابش نوترون گرمایی با بهره گرفتن از روش ASTM. 64

جدول ‏۳‑۱۸ پارامترهای سینتیکی K30 تحت تابش گاما با بهره گرفتن از روش ASTM 64

 

 

چکیده

در این پروژه اثر تابش نوترون گرمایی و گاما بر روی سینتیک تخریب حرارتی پیشرانه های K25 وK30 مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور مطالعه خواص حرارتی ترکیب مورد نظر از تکنیک آنالیز حرارتی DSC و TGA استفاده گردید. پارامتر­های سینتیک حرارتی این ماده بر اساس روش های کیسینجر، فریدمن، کوتس ردفرن و ازاوا- فیلین- وال تعیین و بررسی شده است. نتایج حاصله نشان میدهد که انرژی فعالسازی و فاکتور فرکانس پیشرانه های فوق الذکر در اثر تابش دهی نوترون گرمایی و گاما تغییر قابل ملاحظه ای داشته است. به کمک روش فریدمن بستگی انرژی فعالسازی و حاصلضرب فاکتور فرکانس در مدل واکنش با کسر تبدیل بدست آمده ، و اثر جبرانی به وضوح مشاهده گردید و در نهایت تک مکانیسم بودن تخریب تایید شد بر اساس محاسبات انجام یافته طول عمر پیشرانه های فوق الذکر در اثر تابش های اعمالی تغییر چشمگیری داشته است.

 

واژه‌ های کلیدی:

تابش نوترون، گاما، آنالیز حرارتی، پارامترهای سینتیک حرارتی

 

 

 

 

فصل اول:

  مقدمه و پیشینه

۱-۱        مقدمه:

حساسیت، پایداری و سمیت سه فاکتور اصلی ایمنی هستند که باید در انتخاب ماده منفجره برای کاربردهای خاص در نظر گرفته شود، بطور کلی پیشرانه ها می توانند در طول انبارش تحت تاثیر فرآیند های فیزیکی و شیمیایی گوناگون قرار گیرند تحت این فرآیندها ممکن است که خصوصیات این مواد بطور تدریجی تغییر کند.

همچنین پیشرانه هایی که در تکنولوژی هایی از قبیل نیروگاه های هسته ای، فضاپیماها و . استفاده می شوند مرتباً تحت تابش پرتوهای مختلف قرار می گیرند و تغییر خواص حرارتی آنها عاملی برای محدود نمودن طول عمر و کارایی پیشرانه هاست. با تعیین پارامترهای سه گانه سینتیکی و طول عمر پیشرانه ها تحت تابش های هسته ای نوترون گرمایی و گاما می توان اثر این تابش ها را برروی کارایی و عملکرد پیشرانه مورد نظر پیش بینی نمود.

تعداد صفحه : ۱۰۰

قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.