JAV Energetikos departamento „Argonne National Laboratory“ mokslininkai pristatė naujovišką bandymų metodą, leidžiantį matuoti branduolinių medžiagų savybes iki 1000 K (apie 1340 °F) temperatūroje.
Laboratorijos teigimu, suprasti, kaip branduolinis kuras elgiasi ekstremaliomis sąlygomis, yra itin svarbu siekiant užtikrinti reaktorių saugą ir veikimo efektyvumą.
Viena reikšmingiausių kuro savybių, darančių tiesioginę įtaką saugiam darbui, yra šiluminis laidumas. Jis parodo, kaip efektyviai medžiaga perduoda šilumą. Naujas metodas turėtų suteikti precedento neturinčių duomenų apie tai, kaip branduolinis kuras elgiasi labai aukštoje pažangiųjų reaktorių temperatūroje, ir prisidėti prie saugesnių bei efektyvesnių naujos kartos energetikos sistemų kūrimo.
Preciziškumas mikroskopiniu masteliu
Pagrindinė naujovė siejama su vadinamuoju pakabinto tiltelio metodu. Norėdami tiksliai įvertinti, kaip šiluma sklinda per kurą, mokslininkai turi tirti medžiagas beveik mikroskopiniu lygiu.
Reaktoriuje kurą veikianti spinduliuotė dažnai pažeidžia medžiagos struktūrą ir blogina jos gebėjimą perduoti šilumą. Jei šiluminis laidumas per daug sumažėja, didėja saugos rizika, nes kuras gali perkaisti.
Naujoji technika remiasi dviem mikrogamybos būdu pagamintomis platformomis, kurios sujungiamos itin plonu mėginiu. Toks mėginys yra šimtus kartų plonesnis už žmogaus plauką.
Tirdami mikroskopinius mėginius vakuume, tyrėjai gali atskirti ir tiksliai išmatuoti pavienių, sudėtingas kuro sistemas sudarančių komponentų savybes.
Laboratorijos specialistai pabrėžia, kad mažas mėginio dydis leidžia tirti atskiras branduolinio kuro medžiagų fazes, sumažina pašalinių veiksnių įtaką ir užtikrina itin didelį matavimų tikslumą.
Duomenų spragų užpildymas
Dabartiniai bandymų metodai ne visuomet tiksliai atspindi, kaip kuras keičiasi realiomis reaktoriaus darbo sąlygomis. „Argonne“ sukurta metodika siekia užpildyti šią svarbią spragą.
Pagrindinis laboratorijos medžiagų mokslininkas Yinbin Miao pažymi, kad šiluminis laidumas lemia, kaip efektyviai šiluma pasiskirsto branduoliniame kure, todėl padeda užtikrinti, kad kuras neperkaistų ir išliktų saugus naudoti.
Pakabinto tiltelio metodas turi kelis esminius privalumus. Pirmiausia – itin platų darbinį temperatūrų intervalą: nuo maždaug –450 °F iki 260 °F, o artimiausiu metu jį planuojama išplėsti iki maždaug 1340 °F.
Metodas taip pat išsiskiria tikslumu: jis leidžia izoliuoti atskiras kuro fazes ir stebėti, kaip degraduoja konkrečios sudėtinės dalys. Be to, saugą didina tai, kad tiriami ypač maži, vos kelių mikrometrų dydžio mėginiai – tai palengvina radioaktyvių ir apšvitintų medžiagų tvarkymą laboratorijoje.
Pradiniai bandymai su nerūdijančiu plienu ir urano–molibdeno lydiniais parodė gerą atitikimą su mokslo literatūroje skelbiamais duomenimis, taip patvirtindami metodo patikimumą.
Ne tik branduolinei energetikai
Pagrindinis šios technologijos tikslas – kurti saugesnį ir ilgaamžiškesnį branduolinį kurą bei tiksliau prognozuoti, kada jį reikės keisti. Vis dėlto pritaikymo galimybės neapsiriboja vien branduoline energetika.
„Argonne“ komanda nurodo, kad šiuo metodu galima matuoti ir elektros laidumą. Tai atveria papildomų galimybių tyrėjams, dirbantiems su termoelektrinėmis medžiagomis bei didelio efektyvumo elektronikos komponentais.
Vyresnysis laboratorijos tyrėjas Abdellatifas Yacoutas apibendrina, kad tai yra reikšmingas žingsnis geriau suprantant ir optimizuojant branduolinio kuro veikimą: technologija didina reaktorių saugą ir padeda kurti naujos kartos branduolines sistemas.
