За грејање течног ксенона директним урањањем (ЛКСе, -100 степени, 2 бара) у детекторима тамне материје, како се модул савијања нискотемпературног ПФА грејача (АСТМ Д790 на -100 степени) односи на дебљину зида пре бриса до мм{5} (претммрац) до{16. Термички циклус до собне температуре?

Ризик од криогених крхких лома у детекторима тамне материје
Студије тамне материје помоћу детектора течног ксенона (ЛКСе) раде на -100 степени и 2 бара. За одржавање, ПФА грејачи морају да издрже термички циклус до собне температуре. Ниска{5}}модул савијања при ниској температури одређује отпорност на пуцање током хлађења и загревања{10}}. ПФА са модулом савијања испод 2000 МПа на -100 степени отпоран је на крти лом; изнад 2500 МПа долази до пуцања, према квантитативним подацима из пет лабораторија за физику ретких догађаја. Зид од 1,5 мм може да издржи 500 топлотних циклуса, док се зид од 3,0 мм ломи након 50 циклуса због повећаног унутрашњег напрезања.

Температура ломљивог прелаза и модул савијања
Између -50 степени и -100 степени, ПФА се мења из дуктилног у крт. Испод прелаза, модул савијања нагло расте. Тестирање према АСТМ Д790 на -100 степени:

ПФА степен савијања на -100 степени (МПа) Затезно издужење на -100 степени (%) Режим лома Изод Удар на -100 степени (Ј/м)
Стандардно (45% кристалности) 2800 8 Крхко 25
Висока молекулска тежина (48%) 2500 12 полукрхак 45
Ниска кристалност (40%, гашење) 1800 25 Дуктилно 85
Модификација кополимера (35% кристалности) 1500 35 Дуктилна 120
Израчунавање напона топлотног циклуса
Термички напон контракције је једнак Е × × ΔТ при хлађењу од 20 степени до -100 степени (ΔТ=120 степени). Е=2800 МПа,=60 ппм/степен и напон=2800 × 60е-6 × 120=20.2 МПа за стандардни ПФА. ПФА затезна чврстоћа на -100 степени је 25 МПа, што нуди минималну маргину. Напон=13.0 МПа за ПФА ниске кристалности (Е=1800 МПа), нуди двоструку сигурносну маргину.

Концентрација напона и дебљина зида
Због већег температурног градијента током термичког циклуса, дебљи зидови доводе до повећаног напрезања савијања:

Градијент температуре дебљине зида преко зида Напрезање савијања (МПа) циклуси до брзине ширења пукотине
1,5 мм 12 степени 18 500 0.0005 мм/циклус 2,0 мм 16 степени 24 200 0.002 2.5 мм 20 степени 30 80 0.008 3.0 мм 24 степена 36 40 0.015
Интероперабилност криогених течности
Иако ПФА није хемијски нападнут течним ксеноном, напрезање на међуфазној површини настаје нескладом термичке контракције између ПФА (60 ппм/степен) и металног језгра (13 ппм/степен). За зидове од 1,5 мм, смицање на површини је 8 МПа; за зидове од 3,0 мм, 12 МПа{7}}премашује криогену међуфазну чврстоћу ПФА (10 МПа) за дебеле зидове.

Ниска{0}}производња ПФА са ниском кристалином
Потребно је брзо гашење из растапања да би се постигла ниска кристалност. 45–50% кристалности се постиже са стандардним ПФА охлађеним брзином од 10 степени у минути. 35–40% се постиже гашењем водом. Користите угашени ПФА са ДСЦ кристалином мањом од 40% за ЛКСе детекторе.

Смернице за спецификације
За течни ксенон на -100 степени са термичким циклусом, наведите ПФА ниске кристалности (мањи или једнак 40% кристалности, модул савијања<2000 MPa) with wall thickness ≤1.5mm. ASTM D790 certification at -100°C and an Izod impact greater than 80 J/m is required. Elastomer-modified PFA (30% crystallinity) with 1.5mm walls should be specified for detectors needing more than 1000 cycles. Preventing brittle fracture in multi-million dollar detectors justifies the price for low-crystallinity PFA (25–40% over standard).