Forskere banebrydende nanoskala testningsevne for nukleare materialer

Atomkraft er en vigtig komponent i vores lands langsigtede fremtid med ren energi, men teknologien er kommet under øget kontrol i kølvandet på Japans nylige Fukushima -katastrofe. Ja, mange nationer har opfordret til kontrol og "stresstest" for at sikre, at atomkraftværker fungerer sikkert.

I USA, omkring 20 procent af vores elektricitet og næsten 70 procent af elektriciteten fra emissionsfrie kilder, herunder vedvarende teknologi og vandkraftværker leveres af atomkraft. Sammen med elproduktion, mange af verdens nukleare anlæg bruges til forskning, materialetest, eller produktion af radioisotoper til den medicinske industri. Levetiden for strukturelle og funktionelle materialekomponenter i disse faciliteter er derfor afgørende for at sikre pålidelig drift og sikkerhed.

Nu er forskere ved Berkeley Lab, University of California i Berkeley, og Los Alamos National Laboratory har udtænkt en nanoskala testteknik for bestrålede materialer, der giver makroskala materialer-styrke egenskaber. Denne teknik kan hjælpe med at fremskynde udviklingen af ​​nye materialer til nukleare applikationer og reducere mængden af ​​materiale, der kræves til test af anlæg, der allerede er i drift.

"Nanoskala mekaniske test giver dig altid højere styrker end makroskalaen, bulkværdier for et materiale. Dette er et problem, hvis du rent faktisk vil bruge en nanoskala-test til at fortælle dig noget om bulk-materialegenskaberne, "sagde Andrew Minor, en fakultetsforsker i National Center for Electron Microscopy (NCEM) og en lektor i materialevidenskab og teknikafdeling ved UC Berkeley. "Vi har vist, at du faktisk kan få ægte ejendomme fra bestrålede prøver så små som 400 nanometer i diameter, som virkelig åbner feltet for nukleare materialer for at drage fordel af nanoskala -test. "

I dette studie, Mindre og hans kolleger gennemførte kompressionstest af kobberprøver bestrålet med højenergiprotoner, designet til at modellere, hvordan skader fra stråling påvirker kobbers mekaniske egenskaber. Ved at bruge en specialiseret in situ mekanisk testenhed i et transmissionselektronmikroskop på NCEM, teamet kunne undersøge - med nanoskalaopløsning - arten af ​​deformationen, og hvordan den var lokaliseret til blot et par atomplaner.

Tredimensionelle defekter i kobberet skabt af stråling kan blokere bevægelsen af ​​endimensionelle defekter i krystalstrukturen, kaldes dislokationer. Denne interaktion får bestrålede materialer til at blive sprøde, og ændrer mængden af ​​kraft, et materiale kan modstå, før det til sidst går i stykker. Ved at oversætte nanoskala styrkeværdier til bulk egenskaber, denne teknik kunne hjælpe reaktordesignere med at finde egnede materialer til ingeniørkomponenter i atomkraftværker.

"Denne lille testteknik kan hjælpe med at forlænge en atomreaktors levetid, "sagde medforfatter Peter Hosemann, en adjunkt i atomteknisk afdeling ved UC Berkeley. "Ved at bruge en mindre prøve, vi begrænser eventuelle sikkerhedsspørgsmål i forbindelse med håndteringen af ​​testmaterialet og kan potentielt måle de nøjagtige egenskaber af et materiale, der allerede bruges i et 40-årigt atomkraftværk for at sikre, at denne struktur holder langt ind i fremtiden. "

Mindre tilføjer, "At forstå, hvordan materialer fejler, er et grundlæggende mekanistisk spørgsmål. Dette principprøvestudie giver os et modelsystem, hvorfra vi nu kan begynde at udforske det virkelige, praktiske materialer, der kan anvendes på atomkraft. Ved at forstå defektenes rolle på de mekaniske egenskaber ved atomreaktormaterialer, vi kan designe materialer, der er mere modstandsdygtige over for strålingsskader, fører til mere avancerede og sikrere atomteknologier. "