Разработан метод тестирования нанообъемов ядерных материалов
 Процесс изучения повреждений, полученных материалом при облучении протонами высоких энергий, с использованием наноразмерных образцов. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Атомная энергетика из мечты превратилась в реальность в 1950-х годах. В первые же 20 лет активного развития этого направления было построено множество атомных электростанций по всему миру. В настоящее время атомные электростанции производят порядка 20% электроэнергии; а в отдельных странах доля атомной энергии гораздо больше. К примеру, в Западной Европе она составляет 50%, а в отдельно взятой Франции – 80%. Помимо непосредственной выработки энергии, многие ядерные объекты используются для научных исследований, а также для «побочного» производства, например, для создания медицинских зондов, используемых в больницах и клиниках.
Структурные материалы, используемые во всех сферах ядерных технологий, регулярно тестируются; повышается безопасность их эксплуатации. Но тесты часто требуют большого количества исследуемого вещества, что само по себе не безопасно. Так что исследователи постоянно находятся в поиске новых методик тестирования, для которых столь большие объемы вещества не являются обязательным условием. Наиболее удачная с этой точки зрения технология была предложена совсем недавно совместной группой ученых из Berkeley Lab, University of California и Los Alamos National Laboratory (США). Подробные результаты их работы приведены в журнале Nature Materials.
Согласно разработанной американскими учеными методике, исследования могут проводиться на образцах размерами порядка 400 нм. Результат этих исследований – полные данные о поведении вещества в макромасштабе. Это первая подобная методика; в предлагавшихся ранее техниках малый объем имел существенное влияние на результаты эксперимента.
Ученые получили свои результаты, исследуя сжатие медных образцов, облученных протонами высоких энергий (по порядку величины сравнимых с тем, что присутствуют в атомных реакторах). Объектом исследования стало влияние облучения на механические свойства материала. Поместив исследуемый материал в электроскоп, ученые получили возможность на наноуровне наблюдать процессы, происходящие в материале. Исследования показали, что деформации были подвержены всего несколько атомарных плоскостей.
До эксперимента образцы имели высокую плотность небольших трехмерных дефектов. Это типично для облучаемых объектов. После сжатия ученые наблюдали короткий одномерный сегмент дислокации, а также некоторые дефекты, существовавшие изначально. Таким образом, команда подтвердила предположение о том, что после облучения трехмерные дефекты могут помешать перемещению в объеме материала одномерной дислокации, что делает материал более хрупким. А значения для прочности, полученные для наноразмерного образца, ученые смогли перевести в термины макрообъема.
В целом новый подход к исследованию материалов, участвующих в развитии ядерных технологий, обеспечивает большую безопасность реакторов будущего, т.к. понимание роли дефектов будет иметь значительное влияние на доработку конструкций и разработку новых материалов.
Также по теме:
Источники: