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Steinbrück, Martin
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Publications (35/35 displayed)
- 2024Decoding the oxidation mechanism of Zircaloy-4 via in situ synchrotron X-ray diffraction and computational elucidation
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- 2023Synthesis of V2AlC thin films by thermal annealing of nanoscale elemental multilayered precursors : Incorporation of layered Ar bubbles and impact on microstructure formationcitations
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- 2022Results of metallographic analysis of the QUENCH-20 bundle with B4C absorber
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- 2018H2 PERMEATION BEHAVIOR OF Cr2AlC AND Ti2AlC MAX PHASE COATED ZIRCALOY-4 BY NEUTRON RADIOGRAPHYcitations
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- 2018Magnetron-sputtered Al-containing MAX phase carbide thin films and their application as oxidation-resistant coatings
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- 2017Nanocrystalline diamond protects Zr cladding surface against oxygen and hydrogen uptake : Nuclear fuel durability enhancementcitations
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- 2017UK Research in LOCA-Related Activities and Co-operation with the Karlsruhe Research Centre - A Historical Perspective
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- 2016High-temperature oxidation of SiC-Ta-SiC sandwich cladding tubes in GFR atmosphere
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- 2012Selected aspects of materials behavior during severe nuclear accidents in nuclear reactors
- 2012High-temperature oxidation and mutual interactions of materials during severe nuclear accidents
- 2012Separate effects experiments in the framework of the QUENCH program at KIT
- 2012Materials behavior during the early phase of a severe nuclear accident
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- 2010Separate-effects tests on the investigation of high-temperature oxidation behavior and mechanical properties of Zircaloy-2 to be used in the SFP PWR tests : Report prepared in the framework of the OECD/NEA SFP Project
- 2007Prototypical experiments on air oxidation of zircaloy-4 at high temperatures
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Prototypical experiments on air oxidation of zircaloy-4 at high temperatures
Abstract
Prototypische Experimente zur Luftoxidation von Zircaloy-4 bei hohen Temperaturen In diesem Bericht sind die Ergebnisse umfangreicher Studien zur Reaktion von Zircaloy-4 Hüllrohren mit Luft im Temperaturbereich 800-1500 °C zusammengefasst. Es wurden für einen Reaktorstörfall mit Lufteinbruch prototypische Bedingungen gewählt, d.h. die Reaktion von Hüllrohrsegmenten in gemischten Luft-Dampf-Atmosphären sowie die sequentielle Reaktion zuerst in Dampf und nachfolgend in Luft. Außerdem wurden Sauerstoffmangelbedingungen betrachtet, bei denen das Hüllmaterial Stickstoff bzw. Stickstoff-Dampf-Mischungen ausgesetzt ist. Generell hat Luft einen großen Einfluss auf die verstärkte Degradation von Hüllrohren. Deren Barrierewirkung gegen die Freisetzung von Spaltprodukten geht während einer Unfallsequenz mit Lufteinbruch früher und bei niedrigeren Temperaturen verloren als in reiner Dampfatmosphäre. Die Bildung von Zirkoniumnitrid an der Phasengrenze Metall-Oxid sowie dessen Oxidation führt zu sehr porösen Oxidschichten, die keine Schutzwirkung aufweisen. Andererseits ist die Reaktion von metallischen Zirkoniumlegierungen in reinem Stickstoff um Größenordnungen langsamer als in Sauerstoff enthaltenden Atmosphären. Die Voroxidation von Zircaloy in Sauerstoff oder Dampf verhindert die Nitridbildung und damit die beschleunigte Zerstörung des Hüllrohres, solange die Oxidschicht dicht ist und den Zutritt von Stickstoff zum Metall unterbindet. Reine Stickstoffatmosphäre, wie sie bei Sauerstoffmangelbedingungen auftritt, führt dagegen zur Bildung beträchtlicher Mengen von Zirkoniumnitrid. Experimente zur Aufklärung des Mechanismus des Stickstoffangriffs haben gezeigt, dass Stickstoff bevorzugt mit α-Zr(O) und unterstoichiometrischem Oxid reagiert, während die Reaktionsgeschwindigkeiten mit der β-Zr Phase um Größenordnungen geringer sind. Gemischte Luft-Dampf und Stickstoff-Dampf Atmosphären, wie sie bei Störfällen zu erwarten sind, führen in weiten Zusammensetzungsbereichen auch zur verstärkten Degradation der Hüllrohre. Die hier vorgestellten Untersuchungen waren hauptsächlich phänomenologischer Natur; deshalb sind weitere Experimente zur Bestimmung kinetischer Parameter für ausgewählte Versuchsbedingungen geplant.