Use of the Ferroelectric Ceramic Bismuth Titanate as an Ultrasonic Transducer for High Temperatures and Nuclear Radiation

材料科学 钛酸铋 锆钛酸铅 超声波传感器 陶瓷 压电 传感器 钛酸酯 光电子学 核工程 复合材料 铁电性 声学 冶金 物理 电介质 工程类
作者
Brian Reinhardt,Bernhard R. Tittmann
出处
期刊:Sensors [MDPI AG]
卷期号:21 (18): 6094-6094 被引量:5
标识
DOI:10.3390/s21186094
摘要

Ultrasonic transducers are often used in the nuclear industry as sensors to monitor the health and process status of systems or the components. Some of the after-effects of the Fukushima Daiichi earthquake could have been eased if sensors had been in place inside the four reactors and sensed the overheating causing meltdown and steam explosions. The key element of ultrasonic sensors is the piezoelectric wafer, which is usually derived from lead-zirconate-titanate (Pb(Zr, Ti)O3, PZT). This material loses its piezoelectrical properties at a temperature of about 200 °C. It also undergoes nuclear transmutation. Bismuth titanate (Bi4Ti3O12, BiTi) has been considered as a potential candidate for replacing PZT at the middle of this temperature range, with many possible applications, since it has a Curie–Weiss temperature of about 650 °C. The aim of this article is to describe experimental details for operation in gamma and nuclear radiation concomitant with elevated temperatures and details of the performance of a BiTi sensor during and after irradiation testing. In these experiments, bismuth titanate has been demonstrated to operate up to a fast neutron fluence of 5 × 1020 n/cm2 and gamma radiation of 7.23 × 1021 (gamma/cm2). The results offer a perspective on the state-of the-art for a possible sensor for harsh environments of high temperature, Gamma radiation, and nuclear fluence.

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