The Cryogenic brothætta brothætta í myrkuefnisskynjara
Fljótandi xenon (LXe) skynjarar fyrir tilraunir með hulduefni starfa við -100 gráður og 2 bör. PFA hitari verða að lifa af hitauppstreymi í stofuhita til viðhalds. Lág-beygjustuðullinn fyrir hitastig ákvarðar sprunguþol við kólnun og upphitun-. Magngreining frá 5 eðlisfræðistöðvum fyrir sjaldgæfa atburði sýnir að PFA með beygjustuðul undir 2000 MPa við -100 gráður þolir brothætt beinbrot; yfir 2500 MPa, sprunga á sér stað. Veggþykkt 1,5 mm leyfir 500 hitauppstreymi, en 3,0 mm sprungur innan 50 lota vegna meiri innra álags.
Beygjustuðull og brothætt breytingshiti
PFA fer í gegnum sveigjanleg-til-brothætt umskipti á milli -50 gráður og -100 gráður. Beygjustuðull eykst verulega fyrir neðan umskipti. Prófun samkvæmt ASTM D790 við -100 gráður:
| PFA einkunn | Sveigjanleiki við -100 gráður (MPa) | Toglenging við -100 gráður (%) | Brothamur | Höggþol (Izod við -100 gráður, J/m) |
|---|---|---|---|---|
| Standard (45% kristöllun) | 2800 | 8 | Brothætt | 25 |
| Mikil mólþungi (48% kristöllun) | 2500 | 12 | Hálf-stökk | 45 |
| Lágur kristöllun (40%, slökkt) | 1800 | 25 | Sveigjanlegur | 85 |
| Breytt samfjölliða (35% kristöllun) | 1500 | 35 | Sveigjanlegur | 120 |
| Teygju-breytt (30% kristöllun) | 1200 | 50 | Mjög sveigjanlegt | 180 |
Útreikningur á streitu vegna hitahrings
Við kólnun frá 20 gráðum í -100 gráður (ΔT=120 gráður ), varmasamdráttarálag=E × × ΔT. Fyrir staðlað PFA, E við -100 gráður=2800 MPa,=60 ppm/ gráðu (lágt hitastig), streita=2800 × 60e-6 × 120=20.2 MPa. PFA togstyrkur við -100 gráður er 25 MPa, sem gefur lágmarks framlegð. Fyrir lágkristallaðan PFA (E=1800 MPa), streitu=13.0 MPa, sem veitir 2x öryggismörk.
Veggþykkt og álagsstyrkur
Þykkri veggir auka beygjuálag á meðan á hitauppstreymi stendur vegna meiri hitastigs yfir vegginn. Fyrir rör með 50 mm þvermál kælingu frá 20 gráðu til -100 gráður:
| Veggþykkt | Hitastig yfir vegg (ΔT) | Beygjastreita við innri vegg (MPa) | Cycles to Crack Initiation | Sprunguútbreiðsluhraði (mm/lotu) |
|---|---|---|---|---|
| 1,5 mm | 12 gráður | 18 | 500 | 0.0005 |
| 2,0 mm | 16 gráður | 24 | 200 | 0.002 |
| 2,5 mm | 20 gráður | 30 | 80 | 0.008 |
| 3,0 mm | 24 gráður | 36 | 40 | 0.015 |
Cryogenic Fluid Samhæfi
Fljótandi xenon bólgnar ekki eða ræðst ekki á PFA efnafræðilega, en varmasamdráttarmisræmi milli PFA og málmkjarna (Inconel eða títan) skapar aukna streitu. Samdráttur málmkjarna: 13 ppm/ gráðu × 120 gráður=0.16%. PFA samdráttur: 60 ppm/ gráðu × 120 gráður=0.72%. Mismunur=0.56%, skapar klippiálag á milliflata. Fyrir 1,5 mm veggi er klipping á milliflötum 8 MPa; fyrir 3,0 mm veggi, 12 MPa- umfram frostþol PFA (10 MPa) fyrir þykka veggi.
Lágt-PFA framleiðsla með kristöllun
Til að ná lágum kristöllun (30-40%) þarf hraða kælingu (slökkva) frá bráðnun. Staðlað PFA kælt við 10 gráður/mín. nær 45-50% kristöllun. Slökkt í vatni við 100 gráður /s nær 35-40% kristöllun. Slökkt í fljótandi köfnunarefni nær 30-35% kristöllun en getur valdið innri streitu. Fyrir LXe skynjara, tilgreinið slökkt PFA með kristöllun undir 40% með DSC.
Forskriftarleiðbeiningar fyrir myrkraefnisskynjara
Fyrir fljótandi xenon við -100 gráður með hitauppstreymi í 20 gráður skaltu tilgreina lágkristallaðan PFA (Minni en eða jafnt og 40% kristöllun, beygjustuðull<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. Fyrir skynjara sem krefjast 1000+ varmalota yfir líftíma, tilgreinið elastómer-breytt PFA (30% kristöllun) með 1,5 mm veggjum. Álagið fyrir lágt-kristöllunarstig PFA (25-40% yfir venjulegu) er réttlætanlegt með því að koma í veg fyrir brothætt brot í margra milljóna dollara hulduefnisskynjara þar sem bilun í hitara gæti mengað 1000+ kg af fljótandi xenoni. Fyrir prófunarfrystistöðvar með færri en 50 hitalotur gæti staðlað PFA með 2,0 mm veggjum verið ásættanlegt. Þegar óskað er eftir tilboðum skaltu tilgreina nauðsynlegar hitauppstreymi og kröfur um -100 gráðu höggstyrk.
