Laser-gebaseerd Systeem Maakt Real-time Monitoring Van Stralingsschade In Materialen Mogelijk

Om dit probleem op te lossen, heeft een onderzoeksploeg van MIT en Sandia National Laboratories een nieuw systeem gebouwd dat straling-geïnduceerde veranderingen in real-time effectief kan traceren, en meer inzichten biedt dan conventionele technieken.

Omdat talloze kernfaciliteiten zich naar het einde van hun operationele levensduur toe bewegen, kan de technologie helpen beslissen welke kerncentrales veilig verlengd kunnen worden en hoeveel.

De Nieuwe Manier Van Materialen Testen

Het nieuwe laser-gebaseerde systeem steunt op transient grating spectroscopy (TGS) – een optische techniek voor het meten van quasideeltjes-voortplanting. Het kan fysieke veranderingen in het materiaal detecteren, inclusief thermische diffusiviteit en elasticiteit, zonder het materiaal te beschadigen of de eigenschappen te veranderen.

Het team test deze methode al ongeveer twee jaar. Nu is het systeem klaar om nauwkeurige data te leveren die ingenieurs helpen te begrijpen hoe materialen binnen reactorkuipen zich over tijd degraderen.

Referentie: ScienceDirect | doi:10.1016/j.nimb.2018.10.025 | MIT

Dit is de eerste keer dat iemand TGS gebruikt om schade door straling nauwkeurig te observeren. Het kan detecteren of materiaaleigenschappen veranderd zijn tijdens operationele jaren, zoals de capaciteit om op spanningen te reageren of warmte te geleiden.

Om stralingsomgevingen te repliceren, simuleerden onderzoekers de effecten van neutronenbombardement met ionenbundels, die het materiaal op een vergelijkbare manier schaden als echte reactoren, maar veiliger zijn om mee te werken en veel makkelijker te controleren. Ze gebruikten een ionenversneller van 6 megavolt om jaren aan neutronenblootstelling in uren te simuleren.

Het nieuwe systeem geïnstalleerd en getest op Sandia National Labs | Afbeelding credit: Cody Dennett

De metingen worden gemaakt door materiaaltrillingen te simuleren met een laserbundel en die trillingen vervolgens te observeren aan het oppervlak met een andere laser. Deze meting kan ook gebruikt worden om andere gerelateerde eigenschappen te bepalen, zoals schade-accumulatie en defecten in een gegeven materiaal.

Omdat het systeem materialen in real-time monitort, is het mogelijk om het experiment op elk kritiek moment te stoppen en de schade(s) in detail te bestuderen. Dit stelt ingenieurs ook in staat om de mechanistische redenen achter die fouten te lokaliseren.

Traditionele methoden nemen maanden om de initiële factor die degradatie triggerde te vinden. Het nieuwe systeem, aan de andere kant, kan hetzelfde in een paar uur doen. Volgens het rapport duurt de complete karakterisatie van een gegeven materiaal slechts één dag, terwijl bestaande technieken bijna een half jaar duren.

Wat Is De Volgende Stap?

Tot nu toe hebben de onderzoekers hun systeem getest op twee zuivere metalen: wolfram en nikkel. In de komende maanden zullen ze het gebruiken om andere metalen en diverse soorten alliages te testen.

Lees ook: Sterkste Materiaal In Het Universum Liggt In Neutronensterren Korst

Het team werkt ook aan het verder verbeteren van de systeemcapaciteiten en het toevoegen van meer diagnostische tools voor het onderzoeken van meer eigenschappen van materialen die blootgesteld zijn aan straling.