A sugárkárosodás okozta anyaghibákat úgy jellemezhetjük, hogy mérjük azt az energiát, amelyet a hibák felmelegítve felszabadítanak. Erre a következtetésre jutottak amerikai és finn kutatók, akik szerint új megközelítésük jobb technikákat eredményezhet a besugárzott anyagok csökkent teljesítményének számszerűsítésére – aminek fontos következményei lehetnek az elöregedő atomerőművek működésében.
A besugárzott anyagok, például az atomreaktorokban használt anyagok károsodnak, ha a neutronok és más nagy energiájú részecskék abszorpciója atomi léptékű hibákat okoz. Ez a sérülés idővel ronthatja az anyag általános teljesítményét. A mikroszkopikus károsodás jellemzése azonban nagyon nehéz lehet, mivel még az olyan élvonalbeli technikák sem képesek pontosan megmérni a hibák típusát, méretét és sűrűségét az egész anyagon.
Energia felszabadulás
Charles Hirst, a Massachusetts Institute of Technology munkatársa és munkatársai a hibák közvetlen vizsgálata helyett azt vizsgálták, hogy a besugárzott anyagok hogyan tárolják az energiát atomi léptékű hibáikban, majd felmelegítik ezt az energiát. Technikájuk kulcsa az, hogy ez a felszabadulás egy bizonyos energiagát elérésekor következik be – egy olyan gát, amely a hiba természetére jellemző.
Ennek a folyamatnak a megfigyelésére a differenciális pásztázó kalorimetria (DSC) nevű technikát alkalmazták, amely a minta hőmérsékletének emeléséhez szükséges hőmennyiség és egy jól meghatározott hőkapacitású referenciaanyag közötti különbséget méri.
Ebben az esetben a minta egy kis titán dió volt, 73 napig besugározva, ami azt a sugárzást szimulálta, amelyet valódi atomreaktorban tapasztal. Referenciaként a csapat egy azonos anyát használt, amelyet nem sugároztak be. Kísérletük során a mintát és a referenciaanyagot fokozatosan, szobahőmérsékletről 600 °C-ra melegítették, percenként 50 °C-os sebességgel.
A vákuumtechnológia visszatérése megvédi a nanoelektronikát a sugárzástól
A tanulmány kimutatta, hogy 300-600 °C között a besugárzott anyából két különböző szakaszban szabadult fel a felesleges energia, ami azt jelzi, hogy a hibák ezen a hőmérsékleten két különböző mechanizmuson keresztül ellazulnak. Hirst csapata ezután molekuláris dinamikai szimulációkat használt, hogy megértse ezeket a mechanizmusokat.
A TEM segítségével ezeket a hibákat csak jóval alacsonyabb hőmérsékleten tudták vizsgálni, ezért a hibák viselkedését a magasabb hőmérsékleti tartományban csak a csapat tudta extrapolálni. Eddig ez lehetővé tette számukra, hogy azonosítsanak egy energiafelszabadítási folyamatot. Ezen eredmény alapján Hirst és munkatársai azt jósolják, hogy a DSC számos új energiafelszabadítási mechanizmust képes feltárni más anyagokban, felfedve azokat a hibákat, amelyek eddig rejtve maradtak más technikák előtt.
Megközelítésük különösen hasznos lehet az atomreaktorok vizsgálatánál. Kis minták reaktorokból történő kinyerésével az üzemeltetők a DSC segítségével jobban számszerűsíthetik, hogy egy komponens milyen mértékben romlott le a sugárterhelés következtében. Ez segítheti a reaktorok üzemeltetőit abban, hogy megalapozottabb döntéseket hozzanak arról, hogy az alkatrészek biztonságosak-e a további működésük során. Ez viszont meghosszabbíthatja a meglévő atomerőművek élettartamát – még azokét is, amelyek várhatóan az élettartamuk végéhez érnek – az elkövetkező évtizedekre.
A kutatás leírása a Tudomány előlegek.
