ANALYS AV TVÅ TYPER AV NICKELPULVER

Transkript

1 ANALYS AV TVÅ TYPER AV NICKELPULVER SEM OCH EDS 1 ANALYS CURT EDSTRÖM, RALON JAN-ERIK NOWACKI, KTH, TILLÄMPAD TERMODYNAMIK EDS- Energy Dispersive X-ray Spectroscopy,

2 Innehållsförteckning Inledning och sammanfattning... 3 Preparering av proverna SEM... 3 EDS analys... 4 Detektionsgräns och genomträngning... 4 Makroskopiska studier... 4 Detaljerade studier... 8 Sammanfattning Bilaga. EDS analyskonstanter... 18

3 INLEDNING Prover som erhölls från Sven Kullander i december har analyserats. Proverna bestod av två flaskor med ca 1 gram i varje flaska. Ena flaska kallas NY och innehöll det nickelpulver som Rossi använde i reaktorn, taget innan någon aktivitet har skett. Den andra flaskan kallas GAMMAL och det innehöll pulver som använts i en av Rossis reaktorer i ca 6 månader. Denna flaska innehöll också ca 1 gram pulver. När man ser makroskopiskt på proverna kan man få intrycket att nickel omvandlats genom en kärnreaktion. På en mer detaljerad nivå förefaller det dock osannolikt att nicklet först omvandlats till andra grundämnen där dessa sedan format de nya strukturerna. Den enda skillnaden mellan nicklet i det nya pulvret och i det gamla provet är en mycket lite puckel i spektrumet vid järn (fig. 13 och 17 men inte i fig. 4), signalen är så pass svag att det handlar om spårmängder och kan härröra från kontaminering av intilliggande järnpartiklar. Om det finns någon exoterm nukleär reaktion som kan omvandla nickelisotoper till järnisotoper är obekant. På de korn som innehöll Ni i det gamla provet uppmättes ingen Cu över huvud taget. Detektionsgränsen för Cu är lägre än 1% men för att säkert bestämma halten bör det finnas ca 1% Cu närvarande. Om det finns någon form av okänd kärnreaktion där Cu bildas från Ni i någon större mängd, som inte sönderfallit tillbaka igen till Ni, måste Cu finnas inbäddat i själva Ni-kornen. De partiklar, som innehöll Cu i det gamla provet, innehöll 18 % fosfor, 12 % syre och 70 % koppar, figur 9. En del av detta fragment kan vara oxiderat, därav förekomsten av syre. Cu och P förekommer i en mycket vanlig legering som används vid hårdlödning. Lod med CuP vid dessa proportioner är speciellt vanlig vid rörmokeriarbeten. Är det möjligt att detta fragment härrör från sådana lödfogar? De reaktorer som Rossi konstruerat förefaller ha bestått bl. a av hårdlödda koppardetaljer. PREPARERING AV PROVERNA. En liten knivsudd av provet applicerades på en dubbelhäftande elektiskt ledande tejp anpassad för SEM-analyser. Tejpen innehåller kol och väte. Viss osäkerhet råder om det finns syre i tejpen. Vid höga accelerationsenergier kan EDS-analysen ge utslag från underliggande substrat som består av Al eftersom tejpen är förhållandevis tunn. Överskott av pulver blåstes bort med filtrerad tryckluft så att endast korn som låg i direkt kontakt mot tejpen blev kvar. SEM Samtliga bilder är tagna med 15 kv accelerationsspänning. Eftersom tiden var kort fanns lite tid att justera för bästa astigmatism. Instrumentet är en JEOL med fältemitterande katod och analysen har gjorts i högvacuum.

4 EDS ANALYS 15 kv accelerationsspänning valdes och deadtime var ca 30 % för EDS-analysen. Endast instrumentets autodetect av materialtoppar användes. Man bör ytterligare kontrollera topparnas placering med spektroskopiska tabeller för att granska rimligheten. Instrumentet kan ibland ge konstiga resultat speciellt om det är svaga toppar. Erfarenhetsmässigt är att det fungerar i bra det flesta fall. DETEKTIONSGRÄNS OCH GENOMTRÄNGNING Väte syns inte i spektrat eftersom det är en så lätt atom. Litium kan ej heller detekteras. Tyngre atomer är oproblematiska och ger alltid signal över ca 1 %. I alla spektra finns en kraftig signal för kol och det härrör mestadels från tejpen som pulvret är fäst mot. Om det finns kol i pulvret är svårare att avgöra. Vid EDS-analysen går elektronerna ner några m in i materialet så är det för tunt kan instrumentet känna av material under strukturen. MAKROSKOPISKA STUDIER Dessa omfattade större områden med både gammalt och nytt pulver varvid ett medelvärde av provet vid 40x-100x förstoring, motsvarande ca 1x1-2x2mm visas i fig. 1. Fig 1. Gammalt pulver. Skalan syns på bilden. Hela området är ca 2x2mm. En blandning av olika geometrier syns.

5 Tab 1. Gammalt pulver. En EDS Analys av ett område i figur 1 gav: Element Wt% At% K-Ratio Z A F C O Mg Si P Ca Fe Cu Ni Observera att kol är inräknat i fördelningen. Ett EDS spektrum från ett område i figur 1 visas i figur 2. Fig 2. Gammalt använt pulver. EDS spektrum - en del toppar är inte markerade och det beror på att ett ämne kan ge upphov till flera toppar från de olika elektronskalen. Instrumentet tar hänsyn till detta i analysen. H och Li kan inte detekteras med EDS.

6 Samma SEM och analys gjordes sedan med det nya pulvret, som aldrig har använts i reaktorn, vid 40x förstoring, se fig 3. Fig 3 Nytt pulver. Materialet ser mycket homogent och jämt fördelat ut. Storleken är ca 1x1mm. Tab 2. Nytt pulver, En EDS analys för hela området i figur 3. Elem Wt % At % K-Ratio Z A F C O Ni Total Endast Kol, syre och nickel kunde detekteras. Kol och väte förekommer i tejpen under substratet. Ett EDS spektrum från analysen visas i figur 4.

7 Fig 4. Nytt pulver. Från område angivet av figur 3. Ingenting annat än Ni, O och C har kunnat detekteras. H och Li kan dock inte detekteras med metoden.

8 DETALJERADE STUDIER Man kan också studera enskilda korn av pulvret på en mer detaljerad nivå. Fig 5. Gammalt pulver. En trådstruktur i 700 gångers förstoring. Fig 6. Gammalt pulver. EDS Analys av trådstruktur med stora andelar Cr och Fe.

9 Fig 7. Gammalt pulver-samma som fig. 6. Man kan fundera lite på om krom verkligen ger en egen topp eller om det bara är en artefakt nära syre? Otvetydigt detekteras dock järn men absolut ingen nickel. Inga andra metaller är detekterbara. Fig 8. Gammalt pulver. En närbild på en trådstruktur i 700 gångers förstoring

10 I figur 9 från gammalt pulver visas en flaga som innehåller Cu och P. Fig 9. Gammalt pulver. En platt struktur med Cu, P och O Fig 10. Gammalt pulver. EDS område för fig. 9 och analys.

11 Fig 11 Spectrum för fig 10. Man kunde också hitta agglomerat Ni av samma typ som det nya pulvret innehöll i det gamla pulvret. Fig 12. Gammalt pulver. En agglomeration av russinliknande strukturer.

12 Fig. 13. Gammalt pulver. Spektrum från bild 12. En pytteliten puckel finns vid 6,4keV. Detta är sannolikt Fe, men den är för liten för att instrumentet ska föreslå någonting (se fig. 4 och fig. 17 som jämförelse). Ytterligare en bild av det gamla pulvret i större förstoring syns i fig 14 nedan. Fig 14. Gammalt pulver. Flera detaljer är analyserade på denna bild.

13 Fig 15. Gammalt pulver. Analys av bild 14 den plana detaljen i mitten. Den verkar bestå av kvarts.

14 Fig 16. Gammalt pulver. Analys en större platt bit i samma bild som fig 14. Det verkar vara någon form av järnstruktur.

15 Fig 17. Gammalt pulver. Samma som bild 14, men analysen gjort på en liten agglomeration av små partiklar. Området förefaller består av mestadels Ni och lite Fe. Ingen förekomst av Cu.

16 Fig. 18. Nytt pulver vid 3500x. Man ser tydligt kristallisationsformerna av nickel. Enskilda korn har en tendens att agglomerera.

17 Fig 19. Nytt pulver. Kristallformation av rena nickelkorn. SAMMANFATTNING Om det gamla pulvret direkt skall ha uppstått ur det nya pulvret har vi svårt att förklara mekanismen bakom detta. Om det nya pulvret tillsatts med en katalysator (förutom Li eller H som vi inte kunnat detektera) innan det sattes in i reaktorn - har vi svårt att förklara hur katalysatormaterialen kunnat inverka på de enskilda nickelkornen. Den enda komponent som möjligen förekommer i de gamla nickelkornen men som inte förekommer i de nya - är järn. Så om de nya nickelkornen sedan preparerats med katalysator innan de gått in i reaktorn kan katalysatorn vara järn. Detta Järn kan också härröra från kontaminering eller från undersidan av nickelkornen.

18 BILAGA. EDS ANALYSKONSTANTER

19

20

21