¿Qué es Fonón? – Definición

Qué es Fonón – Definición. Los cuantos del campo vibratorio cristalino se denominan “fonones”. Un fonón es una excitación colectiva en una disposición periódica y elástica de átomos o moléculas en materia condensada. Ingenieria termal

¿Qué es fonón?

conductividad térmica - sólidos

¿Qué es Fonón? – Definición

Los cuantos del campo vibratorio cristalino se denominan ” fonones ” . Un fonón es una excitación colectiva en una disposición periódica y elástica de átomos o moléculas en materia condensada, como sólidos y algunos líquidos. Los fonones juegan un papel importante en muchas de las propiedades físicas de la materia condensada, como la conductividad térmica y la conductividad eléctrica. De hecho, para sólidos cristalinos no metálicos como el diamante, k ph puede ser bastante grande, excediendo los valores de k asociados con buenos conductores, como el aluminio. En particular, el diamante tiene la mayor dureza y conductividad térmica (k = 1000 W / mK) de cualquier material a granel.

Para los sólidos no metálicos , k está determinado principalmente por ph , que aumenta a medida que disminuye la frecuencia de las interacciones entre los átomos y la red. De hecho, la conducción térmica en celosía es el mecanismo de conducción térmica dominante en los no metales, si no el único. En los sólidos, los átomos vibran alrededor de sus posiciones de equilibrio (red cristalina). Las vibraciones de los átomos no son independientes entre sí, sino que están fuertemente acopladas con los átomos vecinos. La regularidad de la disposición reticular tiene un efecto importante en ph , con materiales cristalinos (bien ordenados) como el cuarzo.que tiene una conductividad térmica mayor que los materiales amorfos como el vidrio. A temperaturas suficientemente altas k ph ∝ 1 / T.

Conductividad térmica del dióxido de uranio

Conducción térmica - conductividad térmica - dióxido de uranioLa mayoría de los PWR utilizan el combustible de uranio , que está en forma de dióxido de uranio . El dióxido de uranio es un sólido semiconductor negro con muy baja conductividad térmica . Por otro lado, el dióxido de uranio tiene un punto de fusión muy alto y tiene un comportamiento bien conocido . El UO2 se presiona en gránulos , estos gránulos se sinterizan en el sólido.

Estos gránulos se cargan y encapsulan dentro de una barra de combustible (o pasador de combustible), que está hecha de aleaciones de circonio debido a su sección transversal de muy baja absorción (a diferencia del acero inoxidable). La superficie del tubo, que cubre los gránulos, se llama revestimiento de combustible . Las barras de combustible son el elemento base de un conjunto de combustible.

La conductividad térmica del dióxido de uranio es muy baja en comparación con el uranio metálico, nitruro de uranio, carburo de uranio y material de revestimiento de circonio. La conductividad térmica es uno de los parámetros que determinan la temperatura de la línea central del combustible . Esta baja conductividad térmica puede provocar un sobrecalentamiento localizado en la línea central del combustible y, por lo tanto, se debe evitar este sobrecalentamiento. El sobrecalentamiento del combustible se evita manteniendo la tasa de calor lineal máxima (LHR) en estado estable o el factor de canal caliente del flujo de calor – F Q (z)debajo del nivel en el cual ocurre la fusión de la línea central del combustible. La expansión del gránulo de combustible al derretirse en la línea central puede hacer que el gránulo tensione el revestimiento hasta el punto de falla.

La conductividad térmica del UO 2 sólido con una densidad del 95% se estima mediante la siguiente correlación [Klimenko; Zorin]:

conductividad térmica del uranio - ecuación

donde τ = T / 1000. La incertidumbre de esta correlación es + 10% en el rango de 298.15 a 2000 K y + 20% en el rango de 2000 a 3120 K.

Conductividad térmica - Dióxido de uranio - gráfico

Referencia especial: Centrales térmicas y nucleares / Manual ed. por AV Klimenko y VM Zorin. MEI Press, 2003.

Referencia especial: Propiedades termofísicas de los materiales para la ingeniería nuclear: un tutorial y recopilación de datos. IAEA-THPH, IAEA, Viena, 2008. ISBN 978–92–0–106508–7.

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