4 دانشجوی آمریکایی در تلاش برای مواد راکتور هسته‌ای نسل بعدی برای قدرت بی‌پایان
چهار دانشجوی دکتری دانشگاه تگزاس A&M در تحقیقات مواد هسته‌ای به پیشگامی می‌پردازند تا به توسعه راکتورهای پیشرفته و ایمن‌تر کمک کنند.
طبق اعلامیه مطبوعاتی دانشگاه، دانشجویان دکتری ریجول چوهان، کندث کوپر و ژیهان هو، و محقق فارغ‌التحصیل بنجامین مجیاه دیاز، از طریق برنامه آزمایش چرحش سریع (RTE) جهت ایجاد مواد جدید برای راکتورها، کمک‌های مالی دولتی دریافت کردند.
لین شائو، استاد مهندسی هسته‌ای در دانشگاه تگزاس A&M در اعلامیه مطبوعاتی گفت: “تمام پروژه‌ها بسیار نوآورانه هستند و انتظار می‌رود که به ایجاد دانش جدید یا توسعه روش‌شناسی منجر شوند.”
شائو اضافه کرد: “به نوآوری دانشجویان افتخار می‌کنم. همچنین برنامه NSUF را تحسین می‌کنم که به عنوان محققان اصلی از دانشجویان حمایت می‌کند. این باعث مزایای اضافی در آموزش و تعلیم می‌شود.”
برنامه RTE که توسط دفتر انرژی هسته‌ای وزارت انرژی ایالات متحده تأمین مالی می‌شود، منابعی را به تسهیلات ملی و آزمایشگاه‌های دانشگاهی برای ابتکاراتی ارائه می‌دهد که می‌تواند به طور قابل توجهی مطالعات مواد هسته‌ای را بهبود بخشد.
بهبود فناوری آزمایش تشعشع
هر پژوهشگر بر عنصر متفاوتی از پایداری مواد تمرکز دارد. برای مثال، بنجامین مجیاه دیاز، که سابقاً دریافت‌کننده برنامه RTE بوده، روش تابش دو مرحله‌ای را توسعه می‌دهد که به دقت بیشتری تخریب نوترونی مواد راکتور را تکرار می‌کند.
دیاز این روش را نزدیک‌تر به تخریب واقعی نوترونی می‌برد که ممکن است باعث تغییر در مواد شود. او از یک پرتو پروتونی برای بررسی تشکیل حفره‌ها قبل از استفاده از یک پرتو یونی سنگین استفاده می‌کند.
با این روش، “ما می‌توانیم با استفاده از یک شتاب‌دهنده، به شبیه‌سازی نزدیک‌تری برسیم”، دیاز گفت.
او به توضیح بیشتر افزود: “درک حفره‌ها ما را به درک چگونگی تغییر ویژگی‌های مواد می‌برد: ویژگی‌های مکانیکی، ویژگی‌های تشعشعی، ویژگی‌های حرارتی.”
یک دریافت‌کننده دیگر، ریجول چوهان، نیز بر اثر تابش بر مواد کار می‌کند. با روش نوآورانه او، نمونه‌هایی با ضخامت‌های مختلف می‌توانند برای ارزیابی شرایط متعددی به طور همزمان استفاده شوند.
این روش کارآیی را بهبود می‌بخشد و زمان را ذخیره می‌کند، و به محققان امکان می‌دهد تا واکنش مواد به تابش را در دماهای مختلف به سرعت ارزیابی کنند.
چوهان گفت: “بسیار مهم است که این مواد را به دقت آزمایش کنیم تا مطمئن شویم دستگاه‌های ما تا حد ممکن ایمن هستند.”
او افزود: “تورم یکی از راه‌های اصلی است که مواد در داخل یک راکتور هسته‌ای تجزیه می‌شوند، و بررسی این مواد قبل از قرار دادن آن‌ها در راکتور بسیار مهم است.”
در همین حال، کوپر در حال بررسی رابطه بین تابش و خوردگی در راکتورهای نمک مذاب است که از نمک‌های خاص به عنوان خنک‌کننده استفاده می‌کنند. تحقیقات او بر اثرات خورنده نمک‌های مبتنی بر فلوراید، مانند FLiNaK، بر دو آلیاژ امیدوارکننده: فولاد ضد زنگ و Hastelloy X متمرکز است.
این مطالعه می‌تواند انتخاب مواد آینده را بهبود بخشیده و ایمنی راکتور هسته‌ای را افزایش دهد.
کوپر گفت: “دیدن عملکرد فلزات در محیط‌هایی که شامل خوردگی و تشعشع هستند، برای توسعه مواد آینده‌ای که در راکتورهای هسته‌ای استفاده می‌شود، اهمیت دارد.”
ساخت راکتورهای نسل بعدی با دوام
HT9، یک آلیاژ با دمای بالا که برای استفاده در راکتورهای نسل بعدی امیدوارکننده است، موضوع تحقیقات ژیهان هو است.
تلاش‌های هو بر شناسایی شرایط دقیقی که کربیدهای جامد درون HT9 به دلیل تابش تشکیل می‌شوند، متمرکز است.
هو گفت: “پروژه این مرتبه من برای دستیابی به ارزیابی دقیق‌تری از این آلیاژ HT9 زمانی است که در محیط راکتور استفاده شود.”
او افزود: “شرایط تشکیل این کربیدها واقعاً بستگی به نوع راکتور و مکانی که در آن مواد در راکتور قرار دارد، دارد.”
HT9 بین ۴۵۰ درجه سانتیگراد و ۵۵۰ درجه سانتیگراد آزمایش می‌شود، یعنی دامنه دمایی که رسوبات کربید شکل می‌گیرند، مشابه آزمایش‌های قبلی هو.
“این ماده به عنوان یک جز خوب برای استفاده در راکتور شناخته می‌شود،” هو گفت.
“اما اگر بعد از تابش، سختی یا ویژگی‌های کششی تغییر کرد، ممکن است نگرانی‌ای در بر داشته باشد بعد از چند سال استفاده در راکتور.”
این محققان آمریکایی در حال تلاش هستند تا آینده‌ای امن‌تر و مقاوم‌تر برای نسل بعدی راکتورهای هسته‌ای تضمین کنند با بررسی چگونگی واکنش هر ماده به تابش و محیط‌های سخت.
تحقیقات متمرکز و روش‌های خلاقانه آن‌ها می‌تواند یک پیشرفت مهم در جهت منابع انرژی هسته‌ای قابل اعتماد باشد، همانطور که در اعلامیه مطبوعاتی ذکر شده است.
