يمكن تمييز العيوب المادية الناتجة عن التلف الإشعاعي من خلال قياس الطاقة التي تطلقها العيوب عند تسخينها. هذا هو استنتاج الباحثين في الولايات المتحدة وفنلندا ، الذين يقولون إن نهجهم الجديد يمكن أن يؤدي إلى تقنيات أفضل لتقدير الأداء المتناقص للمواد المشعة - وهو أمر قد يكون له تداعيات مهمة على تشغيل محطات الطاقة النووية القديمة.
تتلف المواد المشععة ، مثل تلك المستخدمة في المفاعلات النووية ، عندما يؤدي امتصاص النيوترونات والجسيمات الأخرى عالية الطاقة إلى حدوث عيوب في النطاق الذري. يمكن أن يؤدي هذا الضرر ، مع مرور الوقت ، إلى تدهور الأداء العام للمادة. ومع ذلك ، يمكن أن يكون توصيف الضرر المجهري أمرًا صعبًا للغاية لأنه حتى التقنيات المتطورة مثل المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) لا يمكنها قياس نوع وحجم وكثافة العيوب بدقة في جميع أنحاء المادة.
إطلاق الطاقة
بدلًا من فحص العيوب بشكل مباشر ، نظر تشارلز هيرست من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وزملاؤه في كيفية تخزين المواد المشعة للطاقة في عيوبها على النطاق الذري ، ثم إطلاق هذه الطاقة عند تسخينها. مفتاح أسلوبهم هو أن هذا الإطلاق يحدث بمجرد الوصول إلى حاجز طاقة معين - حاجز خاص بطبيعة الخلل.
لمراقبة هذه العملية ، استخدموا تقنية تسمى قياس المسعر التفاضلي (DSC) ، والتي تقيس الفرق بين كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة العينة ، ومادة مرجعية ذات سعة حرارية محددة جيدًا.
في هذه الحالة ، كانت العينة عبارة عن صمولة صغيرة من التيتانيوم ، تم تشعيعها لمدة 73 يومًا ، والتي تحاكي الإشعاع الذي قد تتعرض له في مفاعل نووي حقيقي. كمرجع ، استخدم الفريق صامولة متطابقة لم يتم تعريضها للإشعاع. في تجربتهم ، قاموا تدريجياً بتسخين العينة والمرجع من درجة حرارة الغرفة إلى 600 درجة مئوية ، بمعدل 50 درجة مئوية في الدقيقة.
عودة تكنولوجيا الفراغ تحصين الإلكترونيات النانوية من الإشعاع
كشفت الدراسة أن ما بين 300-600 درجة مئوية ، تم إطلاق الطاقة الزائدة من الجوز المشع على مرحلتين متميزتين ، مما يشير إلى أن العيوب تنحسر عند درجات الحرارة هذه من خلال آليتين مختلفتين. ثم استخدم فريق هيرست محاكاة الديناميكيات الجزيئية لفهم كل من هذه الآليات.
باستخدام TEM ، لا يمكن دراسة هذه العيوب إلا في درجات حرارة منخفضة جدًا ، وبالتالي لا يمكن استقراء سلوك العيوب في نطاق درجات الحرارة الأعلى إلا من قبل الفريق. حتى الآن ، سمح لهم ذلك بتحديد عملية إطلاق طاقة واحدة. بناءً على هذه النتيجة ، يتوقع هيرست وزملاؤه أن DSC لديه القدرة على الكشف عن العديد من الآليات الجديدة لإطلاق الطاقة في المواد الأخرى ، مما يكشف عن العيوب التي ظلت حتى الآن مخفية عن التقنيات الأخرى.
قد يكون نهجهم مفيدًا بشكل خاص في فحص المفاعلات النووية. من خلال استخراج عينات صغيرة من المفاعلات ، يمكن للمشغلين استخدام DSC لتحديد مدى تدهور أحد المكونات من التعرض للإشعاع. يمكن أن يساعد ذلك مشغلي المفاعلات على اتخاذ قرارات أكثر استنارة حول ما إذا كانت المكونات آمنة لمواصلة التشغيل. في المقابل ، يمكن أن يؤدي هذا إلى إطالة عمر المحطات النووية الحالية - حتى تلك التي يُعتقد أنها وصلت إلى نهاية عمرها - لعقود قادمة.
تم وصف البحث في علم السلف.
