Okvare materiala, ki jih povzročajo poškodbe zaradi sevanja, je mogoče označiti z merjenjem energije, ki jo okvare sprostijo pri segrevanju. To je zaključek raziskovalcev v ZDA in na Finskem, ki pravijo, da bi njihov novi pristop lahko vodil do boljših tehnik za kvantificiranje zmanjšane učinkovitosti obsevanih materialov – nekaj, kar bi lahko imelo pomembne posledice za delovanje starajočih se jedrskih elektrarn.
Obsevani materiali, kot so tisti, ki se uporabljajo v jedrskih reaktorjih, se poškodujejo, ko absorpcija nevtronov in drugih visokoenergijskih delcev povzroči napake v atomskem merilu. Ta poškodba lahko sčasoma poslabša splošno delovanje materiala. Vendar pa je lahko opredelitev mikroskopske poškodbe zelo težavna, saj niti z najsodobnejšimi tehnikami, kot je transmisijska elektronska mikroskopija (TEM), ni mogoče natančno izmeriti vrste, velikosti in gostote napak v materialu.
Sproščanje energije
Namesto da bi neposredno preiskoval napake, je Charles Hirst s Tehnološkega inštituta v Massachusettsu s sodelavci opazoval, kako obsevani materiali shranjujejo energijo v svojih napakah v atomskem obsegu in nato to energijo sprostijo, ko se segrejejo. Ključno pri njihovi tehniki je, da do tega sproščanja pride, ko je dosežena določena energetska pregrada – pregrada, ki je specifična za naravo okvare.
Za opazovanje tega procesa so uporabili tehniko, imenovano diferencialna skenirajoča kalorimetrija (DSC), ki meri razliko med količino toplote, potrebno za dvig temperature vzorca, in referenčnim materialom z natančno določeno toplotno kapaciteto.
V tem primeru je bil vzorec majhna titanova matica, obsevana 73 dni, kar je simuliralo sevanje, ki bi ga doživelo v pravem jedrskem reaktorju. Kot referenco je ekipa uporabila enak oreh, ki ni bil obsevan. V svojem poskusu so vzorec in referenco postopoma segrevali s sobne temperature na 600 °C s hitrostjo 50 °C na minuto.
Vrnitev vakuumske tehnologije ščiti nanoelektroniko pred sevanjem
Študija je pokazala, da se je med 300–600 °C odvečna energija sprostila iz obsevanega oreha v dveh različnih stopnjah, kar kaže, da se napake sprostijo pri teh temperaturah prek dveh različnih mehanizmov. Hirstova ekipa je nato uporabila simulacije molekularne dinamike, da bi razumela vsakega od teh mehanizmov.
S TEM je bilo te napake mogoče preučevati le pri precej nižjih temperaturah, zato je lahko ekipa ekstrapolirala samo obnašanje napak v višjem temperaturnem območju. Doslej jim je to omogočilo, da identificirajo en proces sproščanja energije. Na podlagi tega rezultata Hirst in njegovi sodelavci predvidevajo, da ima DSC potencial za odkrivanje številnih novih mehanizmov za sproščanje energije v drugih materialih, ki razkrivajo napake, ki so do sedaj ostale skrite drugim tehnikam.
Njihov pristop bi lahko bil še posebej uporaben za pregledovanje jedrskih reaktorjev. Z odvzemom majhnih vzorcev iz reaktorjev bi operaterji lahko uporabili DSC za boljšo količinsko opredelitev obsega, v katerem se je komponenta poslabšala zaradi izpostavljenosti sevanju. To bi lahko upravljavcem reaktorjev pomagalo pri sprejemanju bolj informiranih odločitev o tem, ali so komponente varne za nadaljnje delovanje. To pa bi lahko podaljšalo življenjsko dobo obstoječih jedrskih elektrarn – tudi tistih, za katere velja, da se bližajo koncu svoje življenjske dobe – za prihodnja desetletja.
Raziskava je opisana v Znanost Predplačila.
