A kriogén rideg törések kockázata a sötét anyag detektorokban
A folyékony xenon (LXe) detektorok a sötét anyaggal végzett kísérletekhez -100 fokon és 2 bar-on működnek. A PFA-fűtőknek túl kell vészelniük a szobahőmérsékletű ciklust a karbantartáshoz. Az alacsony hőmérsékletű -hajlítási modulus határozza meg a repedésállóságot a lehűlés és a felmelegedés során. Az 5 ritka esemény fizikai létesítményéből származó kvantitatív elemzés azt mutatja, hogy a 2000 MPa alatti hajlítási modulusú PFA -100 fokon ellenáll a rideg törésnek; 2500 MPa felett repedés lép fel. Az 1,5 mm-es falvastagság 500 hőciklust tesz lehetővé, míg a 3,0 mm-es repedés 50 cikluson belül a nagyobb belső feszültség miatt.
Hajlítási modulus és rideg átmeneti hőmérséklet
A PFA képlékeny -a-törékeny átmeneten megy keresztül -50 fok és -100 fok között. A hajlítási modulus drámaian megnő az átmenet alatt. Tesztelés ASTM D790 szerint -100 fokon:
| PFA fokozat | Hajlítási modulus -100 fokon (MPa) | Szakító nyúlás -100 fokon (%) | Törés mód | Izod Becsapódás -100 fokon (J/m) |
|---|---|---|---|---|
| Standard (45% kristályosság) | 2800 | 8 | Törékeny | 25 |
| Nagy molekulatömeg (48%) | 2500 | 12 | Félig{0}}törékeny | 45 |
| Alacsony kristályosság (40%, lehűtve) | 1800 | 25 | Képlékeny | 85 |
| Módosított kopolimer (35% kristályosság) | 1500 | 35 | Képlékeny | 120 |
Termikus ciklus feszültség számítása
20 fokról -100 fokra (ΔT=120 fok ) történő lehűlés során a hőösszehúzódási feszültség=E × × ΔT. Normál PFA esetén E=2800 MPa,=60 ppm/fok, feszültség=2800 × 60e-6 × 120=20.2 MPa. A PFA szakítószilárdsága -100 fokon 25 MPa, minimális tartalékot biztosítva. Alacsony kristályosságú PFA (E=1800 MPa) esetén feszültség=13.0 MPa, ami 2-szeres biztonsági ráhagyást biztosít.
Falvastagság és feszültségkoncentráció
A vastagabb falak növelik a hajlítási feszültséget a hőciklus során a nagyobb hőmérsékleti gradiens miatt:
| Falvastagság | Hőmérséklet gradiens a falon keresztül | Hajlítási feszültség (MPa) | Kerékpárok repedni | Repedés terjedési sebessége |
|---|---|---|---|---|
| 1,5 mm | 12 fok | 18 | 500 | 0,0005 mm/ciklus |
| 2,0 mm | 16 fok | 24 | 200 | 0.002 |
| 2,5 mm | 20 fok | 30 | 80 | 0.008 |
| 3,0 mm | 24 fok | 36 | 40 | 0.015 |
Kriogén folyadék kompatibilitás
A folyékony xenon kémiailag nem támadja meg a PFA-t, de a PFA (60 ppm/fok) és a fémmag (13 ppm/fok) közötti termikus kontrakciós eltérés határfelületi feszültséget okoz. 1,5 mm-es falak esetén a felületi nyírás 8 MPa; 3,0 mm-es falak esetén 12 MPa-meghaladja a PFA kriogén határfelületi szilárdságát (10 MPa) vastag falak esetén.
Alacsony-kristályosságú PFA gyártás
Az alacsony kristályosság eléréséhez az olvadékból történő gyors kioltás szükséges. A standard PFA 10 fok/perc sebességgel hűtve 45-50%-os kristályosságot ér el. A víz kioltása 35-40%-ot ér el. Az LXe detektorokhoz DSC-vel 40% alatti kristályosságú kioltott PFA-t adjon meg.
Specifikációs útmutató
Folyékony xenonhoz -100 fokos hőciklus mellett, adjon meg alacsony kristályosságú PFA-t ( 40%-nál kisebb kristályosság, hajlítási modulus<2000 MPa) with wall thickness ≤1.5mm. Require ASTM D790 certification at -100°C and Izod impact >80 J/m. Az 1000+ ciklust igénylő detektorokhoz adjon meg elasztomer-módosított PFA-t (30%-os kristályosság) 1,5 mm-es falakkal. Az alacsony-kristályosságú PFA (25-40%-kal a szabványhoz képest) prémiumát a több millió dolláros detektorok rideg törésének megakadályozása indokolja.
