عیوب مواد ناشی از آسیب تشعشع را می توان با اندازه گیری انرژی که عیوب هنگام گرم شدن آزاد می کنند مشخص کرد. این نتیجه گیری محققان در ایالات متحده و فنلاند است که می گویند رویکرد جدید آنها می تواند به تکنیک های بهتری برای تعیین کمیت عملکرد کاهش یافته مواد تابیده شده منجر شود - چیزی که می تواند پیامدهای مهمی برای عملکرد نیروگاه های هسته ای قدیمی داشته باشد.
هنگامی که جذب نوترون ها و دیگر ذرات پرانرژی باعث ایجاد نقص در مقیاس اتمی شود، مواد پرتودهی شده، مانند مواد مورد استفاده در راکتورهای هسته ای، آسیب می بینند. این آسیب می تواند با گذشت زمان، عملکرد کلی مواد را کاهش دهد. با این حال، مشخص کردن آسیب میکروسکوپی می تواند بسیار دشوار باشد، زیرا حتی تکنیک های پیشرفته مانند میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) نمی توانند نوع، اندازه و چگالی عیوب را در یک ماده به طور دقیق اندازه گیری کنند.
انتشار انرژی
چارلز هرست در موسسه فناوری ماساچوست و همکارانش به جای کاوش مستقیم عیوب، به این موضوع پرداختند که چگونه مواد تابیده شده انرژی را در نقایص مقیاس اتمی خود ذخیره می کنند و سپس این انرژی را هنگام گرم شدن آزاد می کنند. کلید تکنیک آنها این است که این رهاسازی پس از رسیدن به یک مانع انرژی خاص اتفاق می افتد - مانعی که خاص ماهیت نقص است.
برای مشاهده این فرآیند، آنها از تکنیکی به نام کالریمتری اسکن تفاضلی (DSC) استفاده کردند که تفاوت بین مقدار گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای یک نمونه و ماده مرجع با ظرفیت گرمایی کاملاً مشخص را اندازه‌گیری می‌کند.
در این مورد، نمونه یک مهره تیتانیوم کوچک بود که به مدت 73 روز تحت تابش قرار گرفت و تشعشعی را که در راکتور هسته‌ای واقعی تجربه می‌کرد شبیه‌سازی می‌کرد. به عنوان مرجع، تیم از یک مهره یکسان استفاده کرد که تابش نشده بود. آنها در آزمایش خود به تدریج نمونه و مرجع را از دمای اتاق تا 600 درجه سانتیگراد با سرعت 50 درجه سانتیگراد در دقیقه گرم کردند.
بازگشت فناوری خلاء نانوالکترونیک ها را از تشعشع ایمن می کند
این مطالعه نشان داد که بین 300 تا 600 درجه سانتیگراد، انرژی اضافی از مهره تابش شده در دو مرحله مجزا آزاد می شود، که نشان می دهد نقص در این دماها از طریق دو مکانیسم مختلف کاهش می یابد. سپس تیم هیرس از شبیه سازی دینامیک مولکولی برای درک هر یک از این مکانیسم ها استفاده کرد.
با TEM، این عیوب را فقط در دماهای بسیار پایین‌تر می‌توان مطالعه کرد، بنابراین رفتار عیوب در محدوده دمای بالاتر را تنها می‌توان توسط تیم برون‌یابی کرد. تا کنون، این به آنها اجازه داده است که یک فرآیند آزادسازی انرژی را شناسایی کنند. بر اساس این نتیجه، هیرست و همکارانش پیش‌بینی می‌کنند که DSC پتانسیل کشف مکانیسم‌های جدید برای آزادسازی انرژی در مواد دیگر را دارد و نقص‌هایی را آشکار می‌کند که تاکنون برای تکنیک‌های دیگر پنهان مانده‌اند.
رویکرد آنها می تواند به ویژه برای بازرسی راکتورهای هسته ای مفید باشد. با استخراج نمونه های کوچک از راکتورها، اپراتورها می توانند از DSC برای تعیین کمیت بهتر میزان تخریب یک جزء از قرار گرفتن در معرض تشعشع استفاده کنند. این می تواند به اپراتورهای راکتور کمک کند تا تصمیمات آگاهانه تری در مورد ایمن بودن قطعات برای ادامه کار بگیرند. به نوبه خود، این امر می‌تواند طول عمر نیروگاه‌های هسته‌ای موجود را - حتی نیروگاه‌هایی که در نظر گرفته می‌شود به پایان عمرشان می‌رسد - برای دهه‌های آینده افزایش دهد.
تحقیق در شرح داده شده است با پیشرفتهای علمی.
