Defectele materiale cauzate de deteriorarea radiațiilor pot fi caracterizate prin măsurarea energiei pe care defectele o eliberează atunci când sunt încălzite. Aceasta este concluzia cercetătorilor din SUA și Finlanda, care spun că noua lor abordare ar putea duce la tehnici mai bune de cuantificare a performanței diminuate a materialelor iradiate – ceva care ar putea avea implicații importante pentru funcționarea centralelor nucleare vechi.
Materialele iradiate, cum ar fi cele utilizate în reactoarele nucleare, sunt deteriorate atunci când absorbția neutronilor și a altor particule de înaltă energie creează defecte la scară atomică. Această deteriorare poate, cu timpul, să degradeze performanța generală a materialului. Cu toate acestea, caracterizarea deteriorării microscopice poate fi foarte dificilă, deoarece chiar și tehnicile de ultimă oră, cum ar fi microscopia electronică cu transmisie (TEM) nu pot măsura cu precizie tipul, dimensiunea și densitatea defectelor dintr-un material.
Eliberare de energie
În loc să cerceteze direct defectele, Charles Hirst de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts și colegii săi au analizat modul în care materialele iradiate stochează energie în defectele lor la scară atomică și apoi eliberează această energie atunci când sunt încălzite. Cheia tehnicii lor este că această eliberare are loc odată ce o anumită barieră energetică este atinsă - o barieră care este specifică naturii defectului.
Pentru a observa acest proces, ei au folosit o tehnică numită calorimetrie de scanare diferențială (DSC), care măsoară diferența dintre cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura unei probe și un material de referință cu o capacitate termică bine definită.
În acest caz, proba a fost o piuliță mică de titan, iradiată timp de 73 de zile, care a simulat radiația pe care ar fi experimentat-o într-un reactor nuclear real. Ca referință, echipa a folosit o nucă identică care nu fusese iradiată. În experimentul lor, ei au încălzit treptat proba și referința de la temperatura camerei la 600 ° C, la o viteză de 50 ° C pe minut.
Revenirea tehnologiei vacuumului imunizează nanoelectronica de radiații
Studiul a arătat că între 300-600 °C, excesul de energie a fost eliberat din nuca iradiată în două etape distincte, ceea ce indică faptul că defectele se relaxează la aceste temperaturi prin două mecanisme diferite. Echipa lui Hirst a folosit apoi simulări de dinamică moleculară pentru a înțelege fiecare dintre aceste mecanisme.
Cu TEM, aceste defecte au putut fi studiate doar la temperaturi mult mai scăzute, prin urmare comportamentul defectelor în intervalul de temperatură mai înalt ar putea fi extrapolat doar de echipă. Până acum, acest lucru le-a permis să identifice un proces de eliberare a energiei. Pe baza acestui rezultat, Hirst și colegii prevăd că DSC are potențialul de a descoperi multe mecanisme noi pentru eliberarea de energie în alte materiale, dezvăluind defecte care au rămas până acum ascunse altor tehnici.
Abordarea lor ar putea fi deosebit de utilă pentru inspectarea reactoarelor nucleare. Prin extragerea de eșantioane mici din reactoare, operatorii ar putea folosi DSC pentru a cuantifica mai bine gradul în care o componentă s-a degradat de la expunerea la radiații. Acest lucru ar putea ajuta operatorii de reactoare să ia decizii mai informate cu privire la siguranța componentelor pentru a continua să funcționeze. La rândul său, acest lucru ar putea prelungi durata de viață a centralelor nucleare existente – chiar și a celor considerate a ajunge la sfârșitul duratei de viață – pentru decenii viitoare.
Cercetarea este descrisă în Avansuri de știință.
