Radyasyon hasarının neden olduğu malzeme kusurları, ısıtıldığında kusurların saldığı enerji ölçülerek karakterize edilebilir. ABD ve Finlandiya'daki yeni yaklaşımlarının, ışınlanmış malzemelerin azalan performansını ölçmek için daha iyi tekniklere yol açabileceğini söyleyen araştırmacıların vardığı sonuç bu.
Nükleer reaktörlerde kullanılanlar gibi ışınlanmış malzemeler, nötronların ve diğer yüksek enerjili parçacıkların absorpsiyonu atomik ölçekte kusurlar oluşturduğunda zarar görür. Bu hasar zamanla malzemenin genel performansını düşürebilir. Bununla birlikte, mikroskobik hasarı karakterize etmek çok zor olabilir, çünkü transmisyon elektron mikroskobu (TEM) gibi en son teknikler bile bir malzemedeki kusurların tipini, boyutunu ve yoğunluğunu doğru bir şekilde ölçemez.
Enerji salınımı
Kusurları doğrudan araştırmak yerine, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Charles Hirst ve meslektaşları, ışınlanmış malzemelerin atomik ölçekteki kusurlarında nasıl enerji depoladığını ve daha sonra bu enerjiyi ısıtıldığında nasıl serbest bıraktığını inceledi. Tekniklerinin anahtarı, bu salınımın belirli bir enerji bariyerine - kusurun doğasına özgü bir bariyere - ulaşıldığında gerçekleşmesidir.
Bu süreci gözlemlemek için, bir numunenin sıcaklığını yükseltmek için gereken ısı miktarı ile iyi tanımlanmış bir ısı kapasitesine sahip bir referans malzeme arasındaki farkı ölçen, diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) adı verilen bir teknik kullandılar.
Bu durumda, numune, gerçek nükleer reaktörde yaşayacağı radyasyonu simüle eden, 73 gün boyunca ışınlanmış küçük bir titanyum somunuydu. Referans olarak, ekip, ışınlanmamış özdeş bir somun kullandı. Deneylerinde, numuneyi ve referansı kademeli olarak oda sıcaklığından 600 °C'ye, dakikada 50 °C'lik bir hızda ısıtmışlardır.
Vakum teknolojisinin geri dönüşü, nanoelektronikleri radyasyondan korur
Çalışma, 300-600 °C arasında, ışınlanmış somundan iki farklı aşamada fazla enerjinin salındığını ortaya koydu, bu da kusurların bu sıcaklıklarda iki farklı mekanizma yoluyla gevşediğini gösteriyor. Hirst'ün ekibi daha sonra bu mekanizmaların her birini anlamak için moleküler dinamik simülasyonlarını kullandı.
TEM ile bu kusurlar yalnızca çok daha düşük sıcaklıklarda incelenebilir, bu nedenle daha yüksek sıcaklık aralığındaki kusurların davranışı ancak ekip tarafından tahmin edilebilir. Şimdiye kadar, bu onların bir enerji salma sürecini tanımlamalarına izin verdi. Bu sonuca dayanarak, Hirst ve meslektaşları, DSC'nin diğer malzemelerde enerji salınımı için birçok yeni mekanizma ortaya çıkarma potansiyeline sahip olduğunu ve şimdiye kadar diğer tekniklere gizli kalan kusurları ortaya çıkardığını tahmin ediyor.
Yaklaşımları özellikle nükleer reaktörleri denetlemek için yararlı olabilir. Operatörler, reaktörlerden küçük numuneler çıkararak, bir bileşenin radyasyona maruz kalma nedeniyle nasıl bozulduğunu daha iyi ölçmek için DSC'yi kullanabilirler. Bu, reaktör operatörlerinin bileşenlerin çalışmaya devam etmek için güvenli olup olmadığı konusunda daha bilinçli kararlar vermesine yardımcı olabilir. Buna karşılık, bu, mevcut nükleer santrallerin - ömürlerinin sonuna geldiği düşünülenlerin bile - ömürlerini on yıllar boyunca uzatabilir.
Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Bilim Gelişmeler.
