Fluctuations in Thermal Conductivity and Specific Electrical Resistance within a Batch of Reactor Graphite Sigri AS 2-500 Measured at Temperatures between 100 and 1000 °C
Description
[Automatically extracted and translated] Sigri AS 2-500 is an extruded reactor graphite based on pitch coke. The aim of extensive investigations is to prove its suitability as a material for block-shaped HTR fuel elements and reflector structures. These investigations focus on capturing production-related variations of properties of interest, not only in the unirradiated state but especially after neutron irradiation, as this is the only way to ensure a safe and economical design of HT reactor components. As part of these investigations, measurements of thermal conductivity and specific electrical resistance were compiled for 56 unirradiated graphite samples depending on temperature. The samples were taken from a 25-ton batch by Sigri according to a specially developed plan and marked with corresponding signatures. Each signature consists of a number and a letter placed before or after it. In the first case, the axis of the cylindrical samples is oriented parallel to the preferred orientation of the graphite grains (pressing direction), in the second case perpendicular to it. It is planned to irradiate the samples at piecewise constant temperatures in the HFR/Petten and to measure them during irradiation breaks. The compilations on pages 4 to 6 contain the sample grouping for the first irradiation experiments and the respective irradiation temperature. In the last column of these representations, page references to the measurement data compiled here were made. Regarding the measurement method, a well-tested modified Kohlrausch method was used. The cylindrical samples have outer dimensions of 6 mm diameter and 32 mm length, and the specified measurement values refer to the direction of the sample axis. The representations on pages 7 and 8 give an impression of the magnitude of the measured fluctuation range in thermal conductivity and specific electrical resistance. It was attempted to represent the entirety of the measurement points here. However, for clarity, the measurement point coordinates given in the following tables had to be somewhat 'transformed', as the concentration at the points 100, 200, 300, etc., would otherwise have become too large. The representations clearly show that the maximum and minimum values occurring at any arbitrarily selected measurement temperature differ by about a factor of 1.5. If one forms average curves from the measurements carried out parallel and perpendicular to the preferred orientation of the grains, an anisotropy factor of about 1.15 results for both the thermal conductivities and the specific electrical resistances, independent of the measurement temperature (the Y-values measured on sample 90 H, which stand out strongly, were not considered here). It might seem sufficient to specify typical measurement values (batch mean values) together with the respective bandwidth. However, this is not correct, as there is a possibility that the relative change of a measurement value during neutron irradiation depends on its pre-irradiation value, and this point should receive special attention. Therefore, it is sensible to specify the measured individual curves and accept the associated scope of this report.
Abstract (German)
[Automatisch extrahiert und übersetzt] Sigri AS 2-500 ist ein stranggepresßter auf Pechkoksbasis hergestellter Reaktorgraphit. Der Nachweis seiner Eignung als Werkstoff für blockförmige HTR-Brennelemente und -Reflektoraufbauten ist das Ziel umfangreicher Untersuchungen. Diese Untersuchungen haben die Erfassung produktionsbedingter Streuungen von interessierenden Eigenschaften zum Gegenstand und zwar nicht nur im unbestrahlten Zustand, sondern besonders nach erfolgter Neutronenbestrahlung, da nur so eine sichere und zugleich ökonomische Auslegung von HT-Reaktorkomponenten möglich wird. Als ein Teil dieser Untersuchungen wurden hier in Abhängigkeit von der Temperatur Messungen der Wärmeleitfähigkeit und des spez. el. Widerstandes an 56 unbestrahlten Graphitproben zusammengestellt. Die Proben wurden von der Firma Sigri nach einem speziell ausgearbeiteten Plan einer 25 t Charge entnommen und mit entsprechenden Signaturen versehen. Jede Signatur besteht aus einer Zahl und einem vor- oder nachgestellten Buchstaben. Im ersten Fall ist die Achse der zylindrischen Proben parallel zur Vorzugsorientierung der Graphitkörner (Pressrichtung) orientiert, im zweiten Fall senkrecht dazu. Es ist vorgesehen, die Proben bei stückweise konstanten Temperaturen im HFR/Petten zu bestrahlen und in Bestrahlungspausen zu vermessen. Die Zusammenstellungen auf den Seiten 4 bis 6 enthalten die für die ersten Bestrahlungsexperimente vorgenommene Probengruppierung sowie die jeweilige Bestrahlungstemperatur. In der letzten Spalte dieser Darstellungen wurden Seitenangaben zu den hier zusammengestellten Messdaten gemacht. Was die Messmethode anbetrifft, so kam ein inzwischen gut erprobtes modifiziertes Kohlrausch-Verfahren zur Anwendung. Die zylindrischen Proben haben hierbei äußere Abmessungen von 6 mm Durchmesser und 32 mm Länge, die angegebenen Messwerte beziehen sich auf die Richtung der Probenachse. Einen Eindruck von der Größe der gemessenen Schwankungsbreite in Wärmeleitfähigkeit und spez. el. Widerstand vermitteln die Darstellungen auf den Seiten 7 und 8. Es wurde hier versucht, die Gesamtheit der Messpunkte zur Darstellung zu bringen. Der Übersichtlichkeit wegen mussten jedoch die in den nachfolgenden Tabellen angegebenen Messpunkt-Koordinaten etwas 'transformiert' werden, da die Konzentration an den Stellen 100, 200, 300, etc., sonst zu groß geworden wäre. Die Darstellungen machen deutlich, dass die bei einer beliebig herausgegriffenen Messtemperatur auftretenden Maximal- und Minimalwerte in Wärmeleitfähigkeit bzw. spez. el. Widerstand sich etwa um den Faktor 1,5 unterscheiden. Bildet man mittlere Kurven aus den Messungen, die parallel und senkrecht zur Vorzugsorientierung der Körner durchgeführt wurden, so ergibt sich sowohl für die Wärmeleitfähigkeiten als auch für die spez. el. Widerstände ein Anisotropiefaktor von ca. 1,15 und zwar unabhängig von der Messtemperatur (die an der Probe 90 H gemessenen Y-Werte, die stark herausfallen, wurden hierbei nicht berücksichtigt). Es könnte hier der Eindruck entstehen, als sei es ausreichend, typische Messwerte (Chargenmittelwerte) zusammen mit der jeweiligen Bandbreite anzugeben. Dies ist jedoch nicht zutreffend, da die Möglichkeit besteht, dass die relative Veränderung eines Messwertes bei Neutronenbestrahlung von seinem Vorbestrahlungswert abhängt und gerade dieser Punkt besondere Beachtung finden soll. Es ist deshalb sinnvoll, die gemessenen Einzelkurven anzugeben und den damit verbundenen Umfang dieses Berichtes in Kauf zu nehmen.Files
ZBB_IB_1973_Binkele-Schwankung Wärmeleitfähigkeit in Sigri AS2-500.pdf
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Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- Schwankungen der Wärmeleitfähigkeit und des spez. el. Widerstandes innerhalb einer Charge des Reaktorgraphits Sigri AS 2-500 gemessen bei Temperaturen zwischen 100 und 1000 °C
Publishing Information
- Report number
- KFA-IB-1973
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- International Atomic Energy Agency (IAEA)
- Subject category
- S36: MATERIALS SCIENCE;
- Descriptors DEI
- ANISOTROPY; DIAGRAMS; ELECTRIC CONDUCTIVITY; FLUCTUATIONS; FUEL ELEMENTS; GRAIN ORIENTATION; GRAPHITE; IRRADIATION; LENGTH; MEASURING METHODS; NEUTRONS; TEMPERATURE MEASUREMENT; THERMAL CONDUCTIVITY
- Descriptors DEC
- BARYONS; CARBON; DIMENSIONS; ELECTRICAL PROPERTIES; ELEMENTARY PARTICLES; ELEMENTS; FERMIONS; HADRONS; INFORMATION; MICROSTRUCTURE; MINERALS; NONMETALS; NUCLEONS; ORIENTATION; PHYSICAL PROPERTIES; REACTOR COMPONENTS; THERMODYNAMIC PROPERTIES; VARIATIONS
- Proposed descriptors and Free-text terms
- FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY; FORSCHUNGSZENTRUM JUELICH; HTGR TYPE REACTORS;
Optional Information
- Notes
- Document from Juelich Preservation Project