Мониторинг облученных материалов в реальном времени: методика позволит непрерывно измерять повреждения материалов в средах с высоким уровнем радиации.

Новые результаты опубликованы в журнале Applied Physics Letters, в статье аспиранта Коди Деннета и доцента ядерных наук и инженерии Майкла Шорта. Это исследование основано на более ранней работе группы, в которой описан сравнительный анализ метода, называемого нестационарной решеточной спектроскопией (TGS), для ядерных материалов. Новое исследование показывает, что этот метод действительно может работать с высокой степенью чувствительности и временного разрешения, которые, как предполагали более ранние расчеты и тесты, должны быть возможны для обнаружения крошечных недостатков.

«Вся наша цель состояла в том, чтобы отслеживать, как материалы развиваются под воздействием радиации, — объясняет Шорт, — но делать это онлайн», не требуя извлечения образцов из этой среды и тестирования на внешних устройствах. Такой процесс может быть трудоемким и дорогостоящим и не дает информации о том, как со временем происходит повреждение.Новый подход к испытаниям может выявить изменения, например, тепловых и механических свойств, которые влияют на реакцию материала на скачки температуры или вибрацию. «Мы работаем над диагностической системой в реальном времени, работающей в условиях радиации», — говорит Шорт.

По его словам, их более ранняя работа показала, что этот метод способен обнаруживать такие радиационно-индуцированные изменения. Новая работа, которая включала в себя внесение некоторых изменений в метод, позволяет проводить измерения с высокой скоростью в реальном времени в динамических условиях и получать подробную информацию, необходимую для практической системы мониторинга.

Этот метод работает без необходимости физического контакта между контролирующим устройством и контролируемыми металлическими поверхностями. Вместо этого он полагается исключительно на оптические датчики, которые используют один набор лазерных лучей для стимулирования колебаний на поверхности, а другие — для исследования свойств этих колебаний с помощью интерференционных картин лучей, которые могут выявить детали не только поверхности. свойства, но и объемного материала.

По словам исследователей, этот метод также может найти широкое применение для мониторинга других видов материалов. Например, его можно использовать для отслеживания поведения материалов с фазовым переходом, которые разрабатываются для новых типов магнитных хранилищ данных. «Способность описывать динамически изменяющиеся системы представляет интерес для более широкого сообщества, занимающегося обработкой материалов», — говорит Деннет. С тех пор, как команда опубликовала подробности первоначальной работы, исследователи со всего мира обратились к исследователям с просьбами о помощи в применении этой техники к различным типам материалов и сред.«У нас есть определенные приложения для наших следующих шагов, — говорит Деннет, — но относительная простота реализации должна сделать его интересным для широкого круга ученых-материаловедов».

По сравнению с существующими методами изучения изменений этих радиационно-индуцированных материалов, которые предполагают использование нескольких образцов, экспонированных в течение длительных периодов времени перед тестированием, говорит Шорт, этот метод может предоставить «больше данных из одного образца в одном эксперименте примерно на 1 процент. времени."По словам Деннета, эта способность проводить быстрые испытания может быть значительным благом для тех, кто пытается разработать новые материалы для новых поколений ядерных реакторов.

Теперь такая разработка — медленный и кропотливый процесс, потому что даже незначительные изменения относительного процентного содержания различных легирующих металлов могут резко повлиять на свойства материала. Способность новой техники давать быстрые ответы в режиме реального времени может открыть гораздо более широкие возможности для разработки и уточнения новых вариантов.

«Есть много групп, работающих над более стойкими к радиации сплавами, — говорит Шорт, — но это длительный процесс. Вместо этого он позволяет вам делать множество вариаций и тестировать их по ходу дела».

Этот метод может позволить этим исследователям получить важные данные о характеристиках новых материалов «за недели, а не годы», — говорит он.


Портал обо всем