放射線損傷によって引き起こされた材料の欠陥は、加熱されたときに欠陥が放出するエネルギーを測定することによって特徴付けることができます。 これが米国とフィンランドの研究者の結論であり、彼らの新しいアプローチは、照射された材料の性能低下を定量化するためのより良い技術につながる可能性があると述べています。これは、老朽化した原子力発電所の運用に重要な意味を持つ可能性があるものです.
原子炉で使用されるような照射された材料は、中性子やその他の高エネルギー粒子の吸収によって原子スケールの欠陥が生じると損傷を受けます。 この損傷は、時間の経過とともに、材料の全体的なパフォーマンスを低下させる可能性があります。 ただし、透過型電子顕微鏡 (TEM) などの最先端の技術でさえ、材料全体の欠陥の種類、サイズ、および密度を正確に測定できないため、微視的損傷の特徴を特定することは非常に困難です。
エネルギー放出
マサチューセッツ工科大学のチャールズ・ハーストらは、欠陥を直接調査する代わりに、照射された材料が原子スケールの欠陥にどのようにエネルギーを蓄え、加熱されたときにこのエネルギーを放出するかを調べました。 彼らの技術の鍵は、特定のエネルギー障壁 (欠陥の性質に固有の障壁) に達すると、この解放が発生することです。
このプロセスを観察するために、彼らは示差走査熱量測定 (DSC) と呼ばれる手法を使用しました。これは、サンプルの温度を上げるのに必要な熱量と、明確に定義された熱容量を持つ参照物質との差を測定します。
この場合、サンプルは73日間照射された小さなチタンナットで、実際の原子炉で経験する放射線をシミュレートしました. 参考として、チームは照射されていない同一のナットを使用しました。 彼らの実験では、サンプルとリファレンスを室温から 600 °C まで、50 分あたり XNUMX °C の速度で徐々に加熱しました。
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この研究では、300 ～ 600 °C の間で、過剰なエネルギーが照射されたナットから XNUMX つの異なる段階で放出されることが明らかになりました。 次に、Hirst のチームは、分子動力学シミュレーションを使用して、これらの各メカニズムを理解しました。
TEM では、これらの欠陥ははるかに低い温度でしか研究できなかったため、高温範囲での欠陥の挙動はチームによってのみ外挿できました。 これまでのところ、これにより XNUMX つのエネルギー放出プロセスを特定することができました。 この結果に基づいて、ハーストと同僚は、DSC が他の材料のエネルギー放出の多くの新しいメカニズムを明らかにする可能性があり、これまで他の技術には隠されたままであった欠陥を明らかにする可能性があると予測しています。
彼らのアプローチは、原子炉の検査に特に役立つ可能性があります。 原子炉から少量のサンプルを抽出することにより、オペレーターは DSC を使用して、コンポーネントが放射線被ばくによってどの程度劣化したかをより正確に定量化できます。 これは、原子炉の運転者が、コンポーネントが安全に運転を継続できるかどうかについて、より多くの情報に基づいた決定を下すのに役立つ可能性があります。 これにより、既存の原子力発電所の耐用年数を今後数十年延長することができます。
研究はで説明されています 科学の進歩.
