Nanomaterialeforsker arbejder på at forbedre kernekraftseffektiviteten

(PhysOrg.com) -- Med fornyet opmærksomhed på atomkraft, en UT Dallas-forsker har vundet en $875, 000 Department of Energy (DOE) tilskud til at udforske et middel til at øge kraftværkets effektivitet og reducere nukleart affald.

Det er den hidtil største forskningsbevilling inden for universitetets unge maskinteknikafdeling.

Dr. Hongbing Lu, en nanomaterialeekspert og den første indehaver af Louis Beecherl Jr.-stolen i maskinteknik ved Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science, vil simulere de revner, der dannes i metallegeringsoverfladen, eller beklædning, af nukleare brændselsstave. Disse revner - som udvikler sig i det stressende reaktormiljø med enorm varme, korrosion, bestråling og tryk - er mikroskopiske i størrelse, men kan forårsage en reduktion i brændstofforbrændingshastigheden, faldende kraftværkseffektivitet og øget nukleart affald.

"Vi arbejder på en meget generel simuleringsmetodologi, der kan anvendes til den slags miljøer, " sagde Lu. »Det er mere end bare sprækkevækst. Vi skal forstå, hvordan materialet opfører sig under ekstremt pres, temperatur, korrosion og bestråling. Med den metode vi bruger, vi tager alle disse faktorer i betragtning og inkorporerer materiel adfærd i nogle matematiske modeller for at beskrive dem under meget komplicerede forhold."

Lu og hans team vil generere data om virkningerne af tryk og temperatur, indregning af DOE-oplysninger om fission og andre laboratoriers oplysninger om virkningerne af korrosion.

"Når vi har samlet alle oplysninger om nukleart brændselsbeklædning i det miljø, så vil vi være i stand til at tilslutte det hele til en simuleringskode og udvikle en bedre forståelse af, hvor hurtigt revnerne vokser, " sagde Lu. "På det tidspunkt kan vi gå ud over simuleringerne og begynde at arbejde på faktiske materialer, der er testet i regeringens laboratorier."

Det ultimative mål er at bruge resultaterne til at komme frem til et bedre brændstofbeklædningsmateriale, men arbejdet bør også have anvendelse på en række andre områder.

"De samme simuleringsmetoder, som vi udvikler, kan anvendes på andre dele af et atomkraftværk, " sagde Lu. "Tag trykbeholderne, for eksempel. Miljøet er måske ikke så ekstremt som i brændstofbeklædningen - temperaturen og strålingen kan være lavere - men, samlet set, de to miljøer ligner hinanden meget. Og hvis du fjerner strålingen, du kan anvende metoderne til andre højtryksmiljøer såsom motorer."

På trods af vedvarende bekymringer fra offentligheden om sikkerheden af ​​atomkraftværker selv årtier efter atomulykkerne på Three Mile Island og Tjernobyl, planeten er midt i det, der er blevet kaldt en nuklear renæssance, især i Kina og Indien. Lu håber at kunne dæmpe folks bekymringer.

"Med brug af moderne teknologi, atomenergi er virkelig sikker, " sagde Lu. »Det er helt anderledes end for mange årtier siden. Kernefysikken er allerede fundet ud af. Andre ting dikterer effektiviteten af ​​brændstofforbrændingen. Du har brug for folk fra alle discipliner. Mit bidrag har at gøre med mekanikken og materialeaspekterne af kernefissionsprocessen."

Energi er et af de primære spørgsmål, samfundet skal forholde sig til lige nu, han tilføjede, bemærker, at der er et desperat behov for alternativer til fossile brændstoffer.