ניתן לאפיין פגמים חומריים הנגרמים מנזקי קרינה על ידי מדידת האנרגיה שהפגמים משחררים בחימום. זו המסקנה של חוקרים בארה"ב ובפינלנד, שאומרים שהגישה החדשה שלהם יכולה להוביל לטכניקות טובות יותר לכימות הביצועים המופחתים של חומרים מוקרנים - דבר שעלול להיות לו השלכות חשובות על פעולתן של תחנות כוח גרעיניות מזדקנות.
חומרים מוקרנים, כמו אלה המשמשים בכורים גרעיניים נפגעים כאשר ספיגת נויטרונים וחלקיקים אחרים בעלי אנרגיה גבוהה יוצרת פגמים בקנה מידה אטומי. נזק זה יכול, עם הזמן, לפגוע בביצועים הכוללים של החומר. עם זאת, אפיון נזק מיקרוסקופי יכול להיות קשה מאוד מכיוון שאפילו טכניקות חדשניות כמו מיקרוסקופ אלקטרונים העברה (TEM) אינן יכולות למדוד במדויק את סוג, גודל וצפיפות הפגמים בכל חומר.
שחרור אנרגיה
במקום לחקור פגמים ישירות, צ'ארלס הירסט מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ועמיתיו בחנו כיצד חומרים מוקרנים אוגרים אנרגיה בפגמים בקנה מידה אטומי שלהם, ולאחר מכן משחררים את האנרגיה הזו כאשר הם מחוממים. המפתח לטכניקה שלהם הוא שהשחרור הזה מתרחש ברגע שמגיעים למחסום אנרגיה מסוים - מחסום ספציפי לאופי הפגם.
כדי לצפות בתהליך זה, הם השתמשו בטכניקה הנקראת קלורית סריקה דיפרנציאלית (DSC), המודדת את ההבדל בין כמות החום הנדרשת להעלאת הטמפרטורה של דגימה, לבין חומר ייחוס בעל יכולת חום מוגדרת היטב.
במקרה זה, המדגם היה אגוז טיטניום קטן, שהוקרן במשך 73 ימים, אשר דימה את הקרינה שהיא תחווה בכור גרעיני אמיתי. כהתייחסות, הצוות השתמש באגוז זהה שלא הוקרן. בניסוי שלהם, הם חיממו בהדרגה את הדגימה והתייחסות מטמפרטורת החדר ל-600 מעלות צלזיוס, בקצב של 50 מעלות צלזיוס לדקה.
חזרה של טכנולוגיית ואקום מחסנת את הננו-אלקטרוניקה מפני קרינה
המחקר גילה שבין 300-600 מעלות צלזיוס, עודף אנרגיה השתחררה מהאגוז המוקרן בשני שלבים ברורים, מה שמעיד על כך שפגמים נרגעים בטמפרטורות אלו באמצעות שני מנגנונים שונים. הצוות של הירסט השתמש אז בסימולציות של דינמיקה מולקולרית כדי להבין כל אחד מהמנגנונים הללו.
עם TEM, ניתן היה לחקור פגמים אלו רק בטמפרטורות נמוכות בהרבה, ולכן התנהגות של פגמים בטווח הטמפרטורות הגבוה יותר יכול היה להיחקר רק על ידי הצוות. עד כה, זה אפשר להם לזהות תהליך אחד של שחרור אנרגיה. בהתבסס על תוצאה זו, הירסט ועמיתיו חוזים כי ל-DSC יש פוטנציאל לחשוף מנגנונים חדשים רבים לשחרור אנרגיה בחומרים אחרים, ולחשוף פגמים שעד כה נותרו חבויים לטכניקות אחרות.
הגישה שלהם יכולה להיות שימושית במיוחד לבדיקת כורים גרעיניים. על ידי חילוץ דגימות קטנות מכורים, מפעילים יכולים להשתמש ב-DSC כדי לכמת טוב יותר את מידת ההתדרדרות של רכיב מחשיפה לקרינה. זה יכול לעזור למפעילי הכורים לקבל החלטות מושכלות יותר לגבי האם רכיבים בטוחים להמשיך לפעול. בתורו, זה יכול להאריך את משך החיים של מפעלים גרעיניים קיימים - אפילו אלה שנחשבים להגיע לסוף חייהם - לעשרות שנים קדימה.
המחקר מתואר ב התקדמות מדע.
