مطالعه‌ای نشان می‌دهد که بتن در معرض تابش هسته‌ای می‌تواند خود را ترمیم کند
پژوهشگران دانشگاه توکیو یک مطالعه جامع در مورد تأثیر تابش هسته‌ای بر بتن منتشر کرده‌اند. مطالعه آن‌ها یکی از نخستین‌هایی است که نشان می‌دهد تابش بلندمدت چگونه بر یکپارچگی ساختاری این ماده اثر می‌گذارد.
یافته‌ها نگرانی‌هایی را مطرح می‌کنند اما برخی دیگر را کاهش می‌دهند، از جمله توانایی کریستال‌های کوارتز برای ترمیم خود در طول زمان. این می‌تواند به این معنی باشد که راکتورهای هسته‌ای محصور در سازه‌های بتنی می‌توانند، در تئوری، برای مدت طولانی‌تری از آنچه در ابتدا تصور می‌شد، فعالیت کنند.
از آنجا که توسط بسیاری از افراد انرژی هسته‌ای به عنوان تنها جایگزین واقعی برای انرژی بدون سوخت فسیلی بلندمدت تلقی می‌شود، یافته‌های منتشره در این مطالعه، راه طولانی در تأیید ایمنی، قابلیت اطمینان و کارایی اقتصادی این فناوری خواهند داشت.
در مورد ایمنی، نگرانی‌ها فقط به راکتورهای واقعی محدود نمی‌شوند بلکه به سایر مواد مورد استفاده در ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای نیز مربوط می‌شود. در این میان، بتن به‌ویژه یکی از همه‌کاره‌ترین مواد ساختمانی شناخته شده توسط انسان است و به طور گسترده‌ای در نیروگاه‌ها در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تأثیر تابش بر بتن
با این حال، اثر بلندمدت قرارگیری در معرض تابش هسته‌ای ، به‌ویژه تابش نوترونی، تاکنون به خوبی درک نشده بود.
پروفسور ایپه مارویاما از دپارتمان معماری دانشگاه توضیح داد: "بتن یک ماده مرکب است که از چندین ترکیب تشکیل شده است. این ترکیبات می‌توانند بسته به عوامل مختلفی از جمله جغرافیای محلی، به‌ویژه سنگدانه‌ها که یک جزء اصلی بتن هستند، متفاوت باشند. اما سنگ معمولاً کوارتز دارد. بنابراین، فهم اینکه کوارتز تحت بارهای تابشی مختلف چگونه تغییر می‌کند می‌تواند به ما در پیش‌بینی رفتار بتن کمک کند."
مارویاما افزود: "کاهش کیفیت ناشی از تابش نوترونی زمینه‌ای به‌ویژه هزینه‌بر است که باعث سختی مطالعات گسترده می‌شود. تیم تحقیقاتی ما از سال ۲۰۰۸ به حل این موضوع می‌پردازد و با مشورت با منابع مختلف و مصاحبه با کارشناسان استراتژی‌هایی برای حل این مسئله تدوین کرده است و این تحقیق با آزمایش‌های اخیر ما با استفاده از پراش پرتو X بر روی کریستال‌های کوارتز تشعشعی اخیر به اوج خود رسیده است."
به این منظور، مارویاما و تیمش تأثیر این تابش را از نظر دوز و نرخ قرارگیری (موسوم به شار) در نظر گرفتند. آن‌ها دریافتند که در یک دوز معین از تابش، میزان انبساط در یک کریستال کوارتز به‌طور قابل توجهی بیشتر می‌شود زمانی که نرخ دوز بیشتر باشد و بالعکس.
کاهش کیفیت کمتر شدید
مارویاما گفت: "کشف اثر شار نشان می‌دهد که تابش نوترونی نه تنها ساختار کریستالی را مختل می‌کند و باعث تبدیل به آمورف و انبساط می‌شود، بلکه پدیده‌ای وجود دارد که کریستال‌های مختل شده بازیابی می‌شوند و انبساط کاهش می‌یابد. بنابراین، نرخ پایین‌تر زمان بیشتری برای ترمیم فراهم می‌کند."
وی اضافه کرد: "ما همچنین دیدیم که این پدیده به اندازه کریستال‌های معدنی در بتن بستگی دارد. دانه‌های کریستالی بزرگتر انبساط کمتری نشان دادند که این نشان دهنده یک اثر وابسته به اندازه است. با در نظر گرفتن این یافته‌ها، تخریب بتن ناشی از نوترون‌ها که هم‌اکنون موجب نگرانی است، ممکن است شامل انبساط کمتری از آنچه قبلاً تصور می‌شد باشد."
وی اظهار داشت: "در نتیجه، کاهش کیفیت ممکن است کمتر از حد انتظار باشد و این امر می‌تواند به نیروگاه‌های هسته‌ای اجازه دهد تا به‌طور ایمن برای دوره‌های طولانی‌تری عمل کنند."
تیم امیدوار است تأثیر تابش هسته‌ای بر سایر مواد مانند مواد معدنی تشکیل دهنده سنگ را بررسی کند تا رفتار انبساطی بهتر درک شود. تیم همچنین تلاش می‌کند که چگونه شکاف‌ها بر اساس انبساط مواد معدنی شکل می‌گیرند را پیش‌بینی کند. این تحقیق می‌تواند به انتخاب مواد و طراحی بتن برای نیروگاه‌های هسته‌ای آینده کمک کند.
شما می‌توانید مطالعه را در مجله Journal of Nuclear Materials پیدا کنید.
