خانه / علوم پایه / شیمی / دانلود پایان نامه با عنوان مطالعه اثر تشعشعات رادیواکتیو بر روی سینتیک تخریب حرارتی و طول عمر برخی از پیشرانه ها  

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

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

 

 

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

1-2-6-1برهمکنش 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 روشهای بررسی سینتیک حالت جامد……………………………………………………………. ۲۵

۱-۵-۱روشهای تجربی………………………………………………………………………………. ۲۵

۱-۵-۱-۱ روشهای 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

3- 1-1نمودارهای 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

3-2مطالعه حرارتی K30……………………………………………………………………………. 52

3-2-1نمودار DSC پیشرانه K30…………………………………………………………………… 52

3-2-2پیشرفت 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…………………… 26

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 استفاده 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 استفاده از روش فریدمن…………………………………………………………………………… ۴۹

شکل ‏۳‑۱۷: وجود اثر جبرانی با استفاده از روش فریدمن در تخریب حرارتی K25………………….. 49

شکل ‏۳‑۱۸:وجود اثر جبرانی با استفاده 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 استفاده 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 استفاده از روش فریدمن………………………………………………………………… ۶۱

شکل ‏۳‑۳۵: وجود اثر جبرانی با استفاده از روش فریدمن در تخریب حرارتی K30………………….. 62

شکل ‏۳‑۳۶: وجود اثر جبرانی با استفاده 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 استفاده از روشASTM…………………………………….. 51

جدول ‏۳‑۸ پارامترهای سینتیکی K25 تحت تابش نوترون گرمایی با استفاده از روش ASTM………… 51

جدول ‏۳‑۹ پارامترهای سینتیکی K25 تحت تابش گاما با استفاده 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 استفاده از روشASTM…………………………………. 63

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

جدول ‏۳‑۱۸ پارامترهای سینتیکی K30 تحت تابش گاما با استفاده 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 روشهای 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

 

قیمت:   ۱۲۰۰۰ تومان

 

فرمت

مطلب مشابه

پایان نامه کارشناسی ارشد با عنوان تئوری تئوکراسی و قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران

  عنوان: تئوری تئوکراسی و قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران فهرست مطالب عنوان                                                                                                                          صفحه …