Para evaluar la capacidad de un material para resistir el ambiente de alta radiación dentro de un reactor nuclear, los investigadores han usado tradicionalmente un método conocido como "cocinar y mirar", lo que significa que el material está expuesto a alta radiación y luego se retira para un examen físicoPero ese proceso es tan lento que inhibe el desarrollo de nuevos materiales para futuros reactores.
Ahora, los investigadores de MIT y Sandia National Laboratories han desarrollado, probado y puesto a disposición un nuevo sistema que puede monitorear los cambios inducidos por la radiación de forma continua, proporcionando datos más útiles mucho más rápido que los métodos tradicionales.
Con muchas plantas nucleares llegando al final de sus vidas operativas bajo las regulaciones actuales, conocer la condición de los materiales dentro de ellas puede ser crítico para comprender si su operación puede extenderse de manera segura y, en caso afirmativo, en qué medida.
El nuevo sistema basado en láser se puede utilizar para observar cambios en las propiedades físicas de los materiales, como su elasticidad y difusividad térmica, sin destruirlos ni alterarlos, dicen los investigadores. Los hallazgos se describen en la revista Nuclear Instruments yMétodos en la Sección de Investigación Física B en un artículo del estudiante de doctorado del MIT Cody A. Dennett, profesor de ciencias e ingeniería nuclear Michael P. Short, y el tecnólogo Daniel L. Buller y el científico Khalid Hattar de Sandia.
El nuevo sistema, basado en una tecnología llamada espectroscopía de rejilla transitoria, utiliza rayos láser para sondear cambios minuciosos en la superficie de un material que pueden revelar detalles sobre los cambios en la estructura del interior del material. Hace dos años, Dennett y Short adaptaron el enfoquepara monitorear los efectos de la radiación. Ahora, después de extensas pruebas, el sistema está listo para ser utilizado por investigadores que exploran el desarrollo de nuevos materiales para reactores de próxima generación, o aquellos que buscan extender la vida útil de los reactores existentes a través de una mejor comprensión de cómo los materiales se degradan con el tiempobajo el duro ambiente de radiación dentro de los recipientes del reactor.
La antigua forma de probar los materiales para su respuesta a la radiación era exponer el material durante un período de tiempo, luego sacarlo y "romperlo en pedazos para ver qué sucedió", explica Dennett. En cambio, "queríamos versi pudiera detectar lo que le está sucediendo al material durante el proceso e inferir cómo está cambiando la microestructura ".
El método de espectroscopía de rejilla transitoria ya había sido desarrollado por otros, pero no se había utilizado para buscar los efectos del daño por radiación, como cambios en la capacidad del material para conducir calor y responder a las tensiones sin agrietarse. Adaptando la técnica aLos entornos únicos y hostiles de la radiación requirieron años de desarrollo.
Para simular los efectos del bombardeo de neutrones, el tipo de radiación que causa la mayor parte de la degradación del material en un entorno de reactor, los investigadores suelen utilizar haces de iones, que producen un tipo similar de daño pero son mucho más fáciles de controlar y más segurosEl equipo utilizó una instalación de acelerador de iones de 6 megavoltios en Sandia como base para el nuevo sistema. Estos tipos de instalaciones aceleran las pruebas porque pueden simular años de exposición operacional a neutrones en solo unas pocas horas.
Dennett dice que al utilizar la capacidad de monitoreo en tiempo real de este sistema, es posible determinar el momento en que los cambios físicos en el material comienzan a acelerarse, lo que tiende a suceder de manera bastante repentina y progresa rápidamente. Al detener el experimento justo enEn ese punto, es posible estudiar en detalle lo que sucede en este momento crítico. "Esto nos permite identificar cuáles son las razones mecanicistas detrás de estos cambios estructurales", dice.
Short dice que el sistema podría realizar estudios detallados del rendimiento de un material determinado en cuestión de horas, mientras que de otro modo podría llevar meses pasar la primera iteración de encontrar el punto cuando se inicia la degradación. Para una caracterización completa,los métodos convencionales "podrían llevar medio año, versus un día" usando el nuevo sistema, dice.
En sus pruebas del sistema, el equipo usó dos metales puros, níquel y tungsteno, pero la instalación se puede usar para probar todo tipo de aleaciones y metales puros, y también podría probar muchos otros tipos de materiales,Los investigadores dicen: "Una de las razones por las que estamos tan entusiasmados aquí", dice Dennett, es que cuando describieron este método en conferencias científicas, "todos con los que hemos hablado dicen '¿pueden probarlo en mi material?'Todos tienen una idea de lo que sucederá si pueden probar lo suyo y luego pueden avanzar mucho más rápido en su investigación ".
Las mediciones reales realizadas por el sistema, que estimula las vibraciones en el material utilizando un rayo láser y luego utiliza un segundo láser para observar esas vibraciones en la superficie, sondear directamente la rigidez elástica y las propiedades térmicas del material, explica Dennett. Peroesa medida se puede utilizar para extrapolar otras características relacionadas, incluida la acumulación de defectos y daños, dice. "Lo que le dicen sobre los mecanismos subyacentes" es lo más significativo.
La instalación única, ahora en funcionamiento en Sandia, también es objeto de trabajo continuo por parte del equipo para mejorar aún más sus capacidades, dice Dennett. "Es muy mejorable", dice, y agrega que esperan agregar más herramientas de diagnóstico diferentespara sondear más propiedades de los materiales durante la irradiación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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