Tyrėjai iš JAV Energetikos departamento „Argonne National Laboratory“ pristatė naujovišką bandymų metodą, leidžiantį matuoti branduolinių medžiagų savybes esant iki 1000 kelvinų (apie 1340 °F) temperatūrai.
„Suprasti, kaip branduolinis kuras elgiasi esant ekstremalioms sąlygoms, yra itin svarbu siekiant užtikrinti reaktorių saugą ir efektyvumą“, – teigiama „Argonne National Laboratory“ pranešime.
Vienas iš svarbiausių kuro savybių, darančių įtaką saugiam jo darbui, yra šiluminis laidumas. Šiluminis laidumas parodo, kaip efektyviai medžiaga perduoda šilumą.
Šis proveržis šiluminių bandymų srityje leis gauti precedento neturinčius duomenis apie tai, kaip branduolinis kuras elgiasi esant itin aukštai pažangiųjų reaktorių temperatūrai, ir tiesiogiai prisidės prie saugesnių bei efektyvesnių naujos kartos energetikos sistemų kūrimo.
Preciziškumas mikroskopiniu masteliu
Svarbiausia naujovė susijusi su vadinamuoju „pakabintos tiltelio“ metodu. Norėdami suprasti, kaip šiluma sklinda per kurą, mokslininkai turi tirti medžiagas beveik mikroskopiniu lygiu.
Eksploatuojant kurą reaktoriuje, spinduliuotės sukelti pažeidimai paprastai blogina jo gebėjimą perduoti šilumą. Jei medžiaga tampa pernelyg prastai laidži šilumai, kyla saugumo rizika, nes kuras gali perkaisti.
Naujoji technika naudoja dvi mikrogamybos būdu sukurtas platformas, sujungtas itin plonu mėginiu, kuris yra šimtus kartų plonesnis už žmogaus plauką.
Tirdami tokius mikroskopinius mėginius vakuume, tyrėjai gali atskirti ir tiksliai išmatuoti pavienių sudėtingų kuro sistemų komponentų savybes.
„Mažas mėginio dydis leidžia matuoti atskiras branduolinio kuro medžiagų fazes, sumažina aplinkinių medžiagų įtaką ir užtikrina itin didelį rezultatų tikslumą“, – pažymi laboratorijos specialistai.
Duomenų spragų užpildymas
Dabartiniai bandymų metodai dažnai nesugeba tiksliai atspindėti, kaip kuras keičiasi realiomis reaktorių darbo sąlygomis. „Argonne“ sukurta naujoji metodika padeda užpildyti šią itin svarbią spragą.
„Šiluminis laidumas lemia, kaip efektyviai šiluma paskirstoma branduoliniame kure“, – pabrėžia pagrindinis „Argonne“ medžiagų mokslininkas Yinbin Miao. – „Tai padeda mums užtikrinti, kad kuras neperkaistų ir išliktų saugus naudoti.“
Pakabinto tiltelio metodas pasižymi keliais esminiais privalumais. Visų pirma – itin plačiu darbine temperatūrų diapazonu: nuo maždaug –450 °F iki 260 °F, o netrukus šį intervalą numatoma išplėsti iki maždaug 1340 °F.
Metodas taip pat išsiskiria aukštu tikslumu: jis leidžia izoliuoti atskiras kuro fazes ir stebėti, kaip konkrečios sudėtinės dalys degraduoja. Saugumas gerokai pagerėja dėl to, kad tiriami ypač maži, vos kelių mikrometrų dydžio mėginiai, todėl laboratorijų darbuotojams daug lengviau tvarkyti radioaktyvias ir apšvitintas medžiagas.
Pradiniai bandymai su nerūdijančiu plienu ir urano–molibdeno lydiniais parodė gerą atitikimą su mokslo literatūroje pateiktais duomenimis, patvirtindami metodo patikimumą ir tikslumą.
Ne tik branduolinei energetikai
Pagrindinis šios technologijos tikslas – sukurti saugesnį, ilgaamžiškesnį branduolinį kurą ir tiksliau prognozuoti, kada jį reikės pakeisti. Vis dėlto taikymo galimybės neapsiriboja vien branduoline energetika.
„Argonne“ komanda pažymi, kad šiuo metodu galima matuoti ir elektros laidumo savybes. Tai suteikia naują įrankį tyrėjams, dirbantiems su termoelektrinėmis medžiagomis ir didelio efektyvumo elektronikos komponentais.
„Tai reikšmingas žingsnis pirmyn siekiant geriau suprasti ir optimizuoti branduolinio kuro veikimą“, – apibendrina vyresnysis „Argonne“ tyrėjas Abdellatifas Yacoutas. – „Ši technologija ne tik didina reaktorių saugą, bet ir padeda kurti naujos kartos branduolines sistemas.“
