Các nhà nghiên cứu đã phát minh ra một phương pháp kiểm tra nhanh chóng các vật liệu cấu trúc được sử dụng để chế tạo ra các lò phản ứng, chi tiết được báo cáo trong Tạp chí Scripta Materialia.
Các nhà nghiên cứu tại trường Đai học Michigan, Ann Arbor, phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, phòng thí nghiệm quốc gia Idaho, Idaho Fall và Terra Power ở Bellevue, Washington, đã minh chứng cho sức mạnh của các chùm hạt mang điện ( các ion) năng lượng cao. Các ion này có thể nhanh chóng và liên tục phá hủy các vật mẫu làm bằng thép Ferit-martensitic, các vật liệu này được sử dụng trong các thiết bị ở trong lò phản ứng hạt nhân hiện nay. Tầm quan trọng của kết quả đó là sự đột phá này gần như tái tạo lại những gì đã quan sát được khi các neutron năng lượng cao từ một lò phản ứng tương tác với vật liệu – sự hư hại tích lũy trong một vật liệu diễn ra trong vài ngày, chứ không phải là qua nhiều thập kỉ.
Các thành phần cấu trúc của các lò phản ứng tiên tiến như lò nhanh sử dụng Natri là chất tải nhiệt và lò phản ứng hạt nhân sóng truyền (Traveling Wave nuclear Reactor – TWR) phải có khả năng chống chịu với mức độ phóng xạ cao từ các phản ứng phân hạch tại các nhiệt độ cao hơn 400oC. Tuy nhiên các quy trình kiểm tra tiêu chuẩn cho các thiết bị này khá tốn kém, đòi hỏi các lò phản ứng thử nghiệm ngày càng hiếm và thời gian kiểm tra là không thực tế. Hơn nữa, bản thân các vật mẫu cũng trở thành vật phát xạ làm tiêu tốn nhiều thời gian cho các nghiên cứu và lần kiểm tra kế tiếp, cộng với chi phí đắt đỏ. Tuy nhiên, sự hiểu biết về cách thức mà các thành phần cấu trúc bị ảnh hưởng bởi bức xạ ở mức độ vi mô là rất quan trọng để xây dựng các lò phản ứng hạt nhân lâu dài, có sức chống chịu tốt và an toàn.
Để minh chứng cho bằng chứng của nguyên lý với các chùm ion thay thế cho quá trình tương tác phóng xạ truyền thống, nhóm các nhà nghiên cứu này đã nén các thành phần cấu trúc lò phản ứng làm bằng thép Ferit-martensitic bằng các nguyên tử khí Heli, để mô phỏng như là các hạt alpha. Họ chiếu xạ các mẫu này với một chùm ion từ một máy gia tốc hạt ở mức năng lượng 5×106 eV và tại nhiệt độ 460oC trong vài giờ, và sau đó họ sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscopy – TEM) để mô tả cho sự hư hại gây bởi chùm ion năng lượng cao thâm nhập vào thép và các lỗ hổng vi mô (khoảng trống) được quan sát, sự dịch chuyển nút mạng và sự ngưng tụ bên trong thép – không một sự thay đổi nào ở trên xuất hiện trước khi chiếu xạ ion.
So sánh sự hư hại bởi chùm ion này với những gì được quan sát trong các thiết bị thực tế của cùng nhóm thép được sử dụng trong lò nhanh trong suốt giai đoạn 1985 – 1992, các nhà nghiên cứu thấy rằng các kiểu khuyết tật (bao gồm cả kích thước và số lượng) gây ra bởi quá trình va đập neutron từ phản ứng hạt nhân đều được tái tạo gần giống với những sự hư hại trong thí nghiệm với chùm ion.
Tác giả chính, Gary Was hy vọng rằng nghiên cứu của họ sẽ hỗ trợ cho việc phát triển “một sự hiểu biết sâu sắc hơn về cách sử dụng chùm tia ion để cạnh tranh với phương pháp chiếu xạ bằng chùm neutron để cho phép quá trình phát triển nhanh chóng các vật liệu mới cho các lò phản ứng tiên tiến như là các nguồn năng lượng sạch cơ bản.” Với nghiên cứu bổ sung, một phương pháp thí nghiệm nhanh được tiêu chuẩn hóa có thể được phát triển cho việc đánh giá vật liệu định kì, tạo điều kiện cho việc tạo ra các thiết bị bền hơn cho các lò phản ứng hạt nhân của một tương lai không xa.
Đoàn Mạnh Long biên dịch
Nguồn: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/08/140820091603.htm