Ir-Riskju tal-Ksur Krijoġeniku Fraġli f'Intraċċaturi tal-Materja Skura
Ditekters tal-kseno likwidu (LXe) għal esperimenti ta' materja skura joperaw f'-100 grad u 2 bar. Il-ħiters tal-PFA għandhom jibqgħu ħajjin iċ-ċikli termali għat-temperatura tal-kamra għall-manutenzjoni. Il-modulu tal-flessjoni ta'-temperatura baxxa jiddetermina r-reżistenza għall-qsim waqt it-tkessiħ u t-tisħin-. Analiżi kwantitattiva minn 5 faċilitajiet tal-fiżika ta 'avvenimenti rari turi li PFA b'modulu flexural taħt 2000 MPa f'-100 grad jirreżisti ksur fraġli; 'il fuq minn 2500 MPa, iseħħ qsim. Ħxuna tal-ħajt ta '1.5mm tippermetti 500 ċiklu termali, filwaqt li 3.0mm xquq fi żmien 50 ċiklu minħabba stress intern ogħla.
Modulus tal-flessjoni u Temperatura ta' Transizzjoni fraġli
PFA jgħaddi minn transizzjoni duttili-għa-fraġli bejn -50 grad u -100 grad . Il-modulu tal-flessjoni jiżdied b'mod drammatiku taħt it-tranżizzjoni. Ittestjar skont ASTM D790 f'-100 grad:
| PFA Grad | Modulu tal-flessjoni f'-100 grad (MPa) | It-titwil tat-tensjoni f'-100 grad (%) | Modalità Frattura | Reżistenza għall-Impatt (Izod f'-100 grad, J/m) |
|---|---|---|---|---|
| Standard (45% kristallinità) | 2800 | 8 | Fraġli | 25 |
| Piż molekulari għoli (48% kristallinità) | 2500 | 12 | Semi-fraġli | 45 |
| Kristallinità baxxa (40%, mitfija) | 1800 | 25 | Duttili | 85 |
| Kopolimeru modifikat (35% kristallinità) | 1500 | 35 | Duttili | 120 |
| Elastomer-modifikat (30% kristallinità) | 1200 | 50 | Duttili ħafna | 180 |
Kalkolu tal-Istress taċ-Ċiklu Termali
Waqt it-tkessiħ minn 20 grad sa -100 grad (ΔT=120 grad ), stress tal-kontrazzjoni termali=E × × ΔT. Għal PFA standard, E f'-100 grad=2800 MPa,=60 ppm/ grad (valur ta 'temperatura baxxa), stress=2800 × 60e-6 × 120=20.2 MPa. Is-saħħa tat-tensjoni PFA f'-100 grad hija 25 MPa, li tipprovdi marġni minimu. Għal PFA ta' kristallinità baxxa (E=1800 MPa), stress=13.0 MPa, li jipprovdi marġini ta' sigurtà 2x.
Ħxuna tal-ħajt u Konċentrazzjoni tal-istress
Ħitan eħxen iżidu l-istress tal-liwi waqt iċ-ċikliżmu termali minħabba gradjent tat-temperatura akbar madwar il-ħajt. Għal tubu b'dijametru ta' 50mm li jkessaħ minn 20 grad sa -100 grad:
| Ħxuna tal-ħajt | Gradjent tat-temperatura madwar il-ħajt (ΔT) | Stress tal-liwi fil-Ħajt ta' ġewwa (MPa) | Ċikli għall-Inizjazzjoni tal-Xquq | Rata ta' Propagazzjoni tal-Xquq (mm/ċiklu) |
|---|---|---|---|---|
| 1.5mm | 12-il grad | 18 | 500 | 0.0005 |
| 2.0mm | 16-il grad | 24 | 200 | 0.002 |
| 2.5mm | 20 grad | 30 | 80 | 0.008 |
| 3.0mm | 24 grad | 36 | 40 | 0.015 |
Kompatibilità ta' Fluwidu Krijoġeniku
Il-kseno likwidu ma jintefaħx jew jattakka kimikament lill-PFA, iżda nuqqas ta 'qbil tal-kontrazzjoni termali bejn il-PFA u l-qalba tal-metall (Inconel jew titanju) joħloq stress addizzjonali. Kontrazzjoni tal-qalba tal-metall: 13 ppm/ grad × 120 grad=0.16%. Kontrazzjoni PFA: 60 ppm/ grad × 120 grad=0.72%. Differenzjali=0.56%, li toħloq stress ta' shear interfacial. Għal ħitan ta '1.5mm, shear interfacial huwa 8 MPa; għal ħitan ta' 3.0mm, 12 MPa-li jaqbżu s-saħħa interfaċjali krijoġenika tal-PFA (10 MPa) għal ħitan ħoxnin.
Manifattura ta' PFA ta'-kristallinità baxxa
Il-kisba ta 'kristallinità baxxa (30-40%) teħtieġ tkessiħ rapidu (tifi) mit-tidwib. PFA standard imkessaħ f'10 gradi / min jikseb 45-50% kristallinità. It-tifi fl-ilma f'100 grad /s jikseb 35-40% kristallinità. It-tifi fin-nitroġenu likwidu jikseb 30-35% kristallinità iżda jista 'jikkawża stress intern. Għal ditekters LXe, speċifika PFA imkessaħ b'kristallinità taħt l-40% b'DSC.
Gwida għall-Ispeċifikazzjoni għall-Intraċċar tal-Materja Skura
Għall-kseno likwidu f'-100 grad b'ċikliżmu termali sa 20 grad , speċifika PFA ta' kristallinità baxxa ( Inqas minn jew ugwali għal 40% kristallinità, modulu tal-flessjoni<2000 MPa at -100°C) with wall thickness of 1.5mm maximum. Require supplier certification of ASTM D790 flexural modulus at -100°C and Izod impact strength >80 J/m. Għal ditekters li jeħtieġu 1000+ ċikli termali tul il-ħajja, speċifika l-elastomer-PFA modifikat (30% kristallinità) b'ħitan ta' 1.5mm. Il-primjum għal PFA ta'-kristallinità baxxa (25-40% fuq l-istandard) huwa ġġustifikat billi jipprevjeni ksur fraġli f'ditekters ta' materja skura ta' bosta miljuni ta' dollari fejn il-ħsara tal-heater tista' tikkontamina 1000+ kg ta' ksenon likwidu. Għal kriostati tat-test b'inqas minn 50 ċiklu termali, PFA standard b'ħitan ta '2.0mm jista' jkun aċċettabbli. Meta titlob kwotazzjonijiet, speċifika l-għadd meħtieġ taċ-ċiklu termali u r-rekwiżiti tas-saħħa tal-impatt -100 grad.
