כיצד קרינה פוגעת בחומרים בסולם האטומי

נזק קרינה ב מוצקות הוא תופעה רב-מידה שמתחילה כאשר חלקיקים אנרגטיים - נויטרונים מהירים, קרני גמא או חלקיקי אלפא - מוצפים עם אטומים בלחיצת גבישים של חומר - בליבת כור, נויטרונים עם אנרגיות קינטיות מעל 1 MeV יכול לנתק אטומים ממיקומים שלהם, גרימת מחסנים ראשוניים של אלפי שנים של פגמים, ורידים של מומים, תוך כדי מומים של שנים של מאקרו-קויים, ושפל, ושפל, ושפל, תוך כדי מומים של מומים של מומים של מומים מוקדמים, ושפל, ושפל, ושפל, תוך כדי מומים של מומים של מומים של מומים של מטושטשים של מומים של אטומים של מטושטשים אחרים.

ההשפעות המזיקות ביותר כוללות את התרחבות של עד 30 אחוזים בפלדות אל-חלד המושרה (FLT):1, שבו צמיחה מפונקת מובילה לנפח של עד 30 אחוזים בפלדה, ו-FLT:2radiation משמידת את הזיהומים של פליטה או פחם: מנגנוני מעבר לבריונים נוספים עולה באופן מסוכן בלחץ של קירור, מנגנוני קירור של מחזור חיים אלה, תוך כדי עלייה של 100 גרם לטמפרטורה של מחסור בטמפרטורה של מחזור חיים.

סוגי קרינה ואפקטים שלהם על חומרים

פרופיל הנזק משתנה באופן משמעותי בהתאם לסוג הקרינה. נויטרונים מהירים מייצרים קרחונים דחוסים, בעוד קרני gamma בעיקר לגרום ionization ונזקים אלקטרוניים, אשר יכול להחליש אג"ח בפולימרים וקרמיקה.אל חלקיקים, אם כי קצר טווח, לייצר נזק מקומי גבוה גז helium כי agglomerates בגבולות קרינה מעורבת דגנים, כפי שנמצאו בפירוק דלקים, הדורשים אפקטים של חומר חמצון ספציפיים, אשר חייב לשלב אותם, חומרים חד-חמצני, חומרים ספציפיים, ולהפחית את ההשפעות של גז נוזלי, אשר חייב להיות מסוגל לשלב אותם, 000.

טמפרטורה ונזקים בסינרגיה

הטמפרטורה שולטת חזק על ניידות פגומה (נמוכת על 0.3 TigFLT:0)mcioFLT:1, שבו TFLT:2mFLT 3 הוא נקודת ההיתוך), vacancies הם ללא ספק ניידות ו interstitials לשרוד מספר רב של חומרים מחוסנים, המוביל לצמצום מהיר של טמפרטורות ביניים, מומים מסוימים הופכים לנפיחות ניידת, המאפשרת לרוקן ללא פגע, אך גם כן, כמו טמפרטורות חום תרמיות, אך עלולות, אך גם כן, אך עלולות, אך גם לטמפרטורה תרמית, אך גם כן, כמו גם כן, ירידה גבוהה, אך ירידה, ירידה, כמו גם כן, ירידה בינונית, ירידה של חום, ירידה בינונית, אך ירידה בינונית, עלולים להפחתת נזק טמפרטורות חום, אך גם כן, אך ירידה בינונית, אך גם כן, אך ירידה בינונית, עם ירידה בינונית, אך ירידה בינונית, עלולים למנוע נזק חום תרמי.

הנדסה חומרית כקרן לבטיחות גרעינית

הנדסה חומרית מגבשת את הפער בין פיזיקה בסיסית וביצועים תפעוליים.על ידי שליטה על הרכב הכימי, עיבוד תרמומאני, ותכונות מיקרו-מבנה כגון גבולות דגנים וחלוקות שלב, מדענים יוצרים חומרים ש"אב" למעשה נזק קרינה. אסטרטגיה יעילה אחת היא מבוא של צפיפות גבוהה של כיור יציב - לא חמצני, חמצני, או חלקיקים בין-ממתכתיים - המאפשרים מומים נקודתיים ופגמים בין- ab- unrecaligicial to unrecalis.

במקרה של פוקושימה, כורים מים רותחים המקוריים השתמשו ב- Type 304 ו-316L נירוסטה פלדה ו ⁇ דלק Zircaloy המבוצעים כראוי בתוך המעטפת העיצוב שלהם.התאונה, עם זאת, לדחוף תנאים הרבה מעבר לאותה המעטפה.חומר הנדסה מתמקדת כעת בסימולציות דלק מואצות:0beyond-bad-basis סימולציה של קרינת 1FLT:1, אשר דורשות לא רק עמידות יציבה לקרינה מתקדמת וכיסוי אווירי, אלא גם קרמיקה מתקדמת, אלא גם קרינת מים קרמיקה, אלא גם קרמיקה מתקדמת, אלא גם סגסוגת מתקדמת.

Alloys מתקדמים לקרנות-Heavy Environments

החיפוש אחר מתכות עמידות קרינה הוביל לפיזור פלדה מכווצות וסופרווי מבוסס ניקל כי החוצה ציונים מסורתיים של אל-חלד בסובלנות.

Oxide Dispersion מחזק את הפלדה

בחזית הם (FLT:0) פיזור חד תחמוצת התחזק (ODS) פלדה FLT:1, המכיל הפצה נאה של ytria (Y2O3) או תחמוצות ננו-חמצני אחרות ייצוב באמצעות סגסוגת מכנית וניתוק חם. אלה ננופיטורים לשמש נקודות סיכה עבור פירוק וכמרכזי נפיחות פגומה.

Superalloys ו- High-Entropy Alloys

(ב) רכיבים שצריכים לסבול הן קרינה קיצונית והן עומסים מכניים גבוהים - כגון ליבת הסלסל תומך, לשלוט במנגנוני כונן המוט או דלק פסולת לחרוצים - FLT:0nickel מבוסס superalloysFLT:1 כמו Inconel 718 ו- Haynes 282 מוחלף עם תוכן קדחתני מופחת ומבנים דגנים מותאמים.

התנגדות קורוזיה ב Fukushima & #8217; כימיה ייחודית

Alloys חייב גם להתנגד קורוזיה מן המים המבולחים ומים אשר הציפו את הכורים. TEPCO ואת המכון למחקר בינלאומי עבור פירוק גרעיני:0are TestingigtureFLT:1 מיוחד נירוסטה פלדה וסגסוגת ניקל בסביבות לעג כי סימולציה של דלורי דלק ומים כימיה גבוהה.

Ceramics ו Ceramic Matrix Composites

בעוד מתכות שולטות יישומים מבניים, קרמיקה מציעה יתרונות ייחודיים בסביבות קרינה קיצונית: נקודות התכה גבוהות, עמידות חמצון מעולה, וספיגה נמוכה לחלוטין של נייטרון.

סיליקון קרביד לתאונה

(FLT:0) cerbideFLT:1hil הוא המועמד המוביל לחיפוי דלק סובלני פיזור וסיבת רכיבים מבניים בעיצובים חדשים של כור, והוא מוערך עבור יישומים מסוימים Fukushima, כגון חיישנים עתירי קרינה / קרינת ריאות קשיחה, סיקס שומרת על עוצמתה עד 1,600 מעלות צלזיוס, ומציגה שטף נמוך מ -10 כאשר הם ממריצים עד קרמיקה, במיוחד, אך ורק ממולקולקליקפים.

שלב MAX ו-Caramics חדש

מעמד מבטיח נוסף הוא שלב ה- 0. [0]MAX של שלב 1FIRVERH (Ricial carbides ו nitrides כגון Ti3SiC2 המשלב התנגדות לטמפרטורה קרמיקה עם מוליכות תרמית מתכתית ו machinability.שלבים מקס הוכיחו את היכולת לרפא סדקים הנגרמים על ידי קרינה מופעלת באמצעות דגנים מופעלת באופן תרמי, נכס שניתן לנצל את הבטיחות הפסיבית עבור מערכות Fomboma, כולל מחסנים קרמיקה, כולל מחסנים קרמיקה, כולל מחסנים קרמיקה, כולל קרמיקה, כולל מחסנים קרמיקה, כולל מחסנים של קרמיקה, כולל קרמיקה, כולל מחסנים של קרמיקה, כולל מחסנים קרמיקה, כולל מחסנים קרמיקה, כולל מחסנים מופעלים.

קידודים מוגנים והנדסת פני השטח

לפעמים הדרך היעילה ביותר להתנגדות לקרינה היא לא להחליף את החומר הגדול, אלא לשנות את פני השטח.

PVD, CVD ו- Cold Spray Techniques

(ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שכבות ושכבות עצמיות

שכבות מעבר מדורגות בין ציפויים מתכתיים וטופקטים קרמיקה לטפל ניגודי התרחבות תרמיים, מניעת ספיעה במהלך רכיבה תרמיים. ציפויים עצמיים-healing, כגון אלה משלבים microcapsulesules של זכוכית נוזלית או ליתיום סיליקאטה, נמצאים בפיתוח עבור Fukushima & #8217; בריכות אחסון, שבו מגע קבוע דורשות לטווח ארוך שלפושרה.

בדיקה, Qualification ו- Predictive Modeling

פיתוח חומרים עמידים לקרינה דורש בדיקות בתנאים מייצגים, אך פערים בקנה מידה מלא של קרינת כור קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת כורים ביפן ורשות הלאומית לפירוקים קוונטיים ורדיולוגיים פועלים למלא באמצעות שותפויות בינלאומיות ומתקנים גבוהים של אנרגיה יכולה לספק סגסוגת של 1FDIRDIRDIRDIRST של חומרים מהירים יותר מאשר סגסוגת חומרים מהירים יותר מאשר סגסוגת:

הפחתת איראאדיזציה ו-Situ Characterization

מתקני Ion irradiation כמו מכון המחקר מתקדם טקאסאקי מאפשרים לחוקרים לחקור את האבולוציה בזמן אמת באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים שידור יחד עם קרן יון. ניסויים אלה לחשוף את ההתנהגות הדינמית של פגמים - איך הם מנקים, גדלים, ו annihilate - בתנאים מבוקרים. עבור חומרים ספציפיים Fukushima, בדיקות מתבצעות לעתים קרובות עם מימן ו helium כדי לחקות את הגזים בתגובה לדלקת מפרקים.

מודלים ממוחשבים בקנה מידה גדול

במקביל למאמצים ניסיוניים, (FLT:0) ,multiscale מחשב מודלingFLT ( 1:1) הפך הכרחי. חישובים תורתיים פונקציונליים דנסנטית לחזות אנרגיות היווצרות פגומות; דינמיקות מולקולריות מדמה את האבולוציה של קזנטנסית ומודלים תיאורטיים של מונטה קרלו ושיעורים של מודלים הגשר את הפער להתנהגות בקנה מידה אטומי.

ייצור, סקאביה ואתגרי שרשרת אספקה

תרגם חומר בקנה מידה מעבדה לתוך רכיב יקר ייצור שניתן לשעבד, יצק, מזויף או מיוצר תוספתי הוא מכשול משמעותי. ODS פלדה דורש סגסוגת מכנית משוכללת מסלולים מתכתיים אבקה; קנה אותם תוך שמירה על פיזור חד-חמצני אחיד דורש שליטה תהליך מתוחכמת.

ייצור תוספתי עבור Components Custom

עבור Fukushima, שבו כל כלי ייחודי או בדיקה הוא לעתים קרובות עיצוב חד פעמי, אגדיות ייצור הוא קריטי. ייצור תוספתי באמצעות אבקת לייזר היתוך או הנחת אנרגיה מכוונת מציע את היכולת לייצר מרכיבים מורכבים, ליד-net-shape מסגסוגת עמידת קרינה ללא כלי יקר.

עמידות שרשרת האספקה והמחזור

עמידות שרשרת האספקה היא גם דאגה.חומרי גלם מיוחדים - נוטריון ננודורים, סיבים עתירי סיליקון סיליקון סיליקון - מיוצרים על ידי מספר מוגבל של ספקים גלובליים.הציר של פרויקט רב-דה-אקדמי מחייב בטוח, מיקור מבוזר ופיתוח של טכנולוגיות מיחזור עבור מתכות מזוהמות כדי להפחית את החומרים הלאומיים של יפן עבור מרכזי ייצור גרעיני מוביל.

שיעור מה-Fukushima Decommissioning Frontline

המעבדה העולמית האמיתית של פוקושימה דוצ'י חשפה הן את החוסן והן את המגבלות של חומרים קיימים.רובוטים מוקדמים שלחו ל-Vssel הראשי של יחידה 1 סבלו מכישלונות אלקטרוניים מהירים בשל קרינה גמאמה, מה שגורם לאימוץ של חומרים רובוטיים קשיחים עם הגנה שבוצעו מסגסוגת כבדות של tungsten-nickel-iron וחומרים עמידים בקרינה גבוהה.

אתגר הפולי דלק

מקרה הרסני במיוחד היה פיתוח של מכשיר הדגימה של דלק, אשר חייב לתפוס ולאחזר חתיכות קטנות של קורטיום - תערובת מורכבת של אורניום, זירוקוניום, ברזל, בטון כי מוצק באופן בלתי מבוקר.חומר ה-Feltapple היה לעמוד מול משטח קורוזיה דקה של מתכת כלורי, להימנע ממקריצית סיכונים באטמוספירה מימן, ולשמור על קשיחות אפילו לאחר מינונים אלה מול סגסוגת פחמן- 10 סגסוגת חומר זה עם סגסוגת מתכתית.

אינטגרציה ואינטגרלית

מעבר למתכות וקרמיקה, המבנים הבטניים שהבית את הכורים סבלו גם מנזק קרינה, כולל אובדן מים משלבים מיובשים והתרחבות המושרה של צ'רצ'רים. Nondestructive Testing באמצעות אודיו ומשטח מכ"ם חודר קרקע משמש כדי להעריך את מצב קירות PCV, וחידוש חומרים עם פולימרים קרינה-resistantcastantm מפותחים לאטום ולמנוע סדקים וקרקע.

כיוונים עתידיים ושיתוף פעולה בינלאומי

החידושים החומריים המונעים על ידי Fukushima להאכיל ישירות מטרות רחבות יותר: מסחרי מבני דור IV בטוח מטבעם, בניית כור היתוך יציב הראשון קירות, וניהול פסולת גרעינית ארוכת ימים יפן השתתפות ב-FLT:0Generation International ForumFLT:1 ו-FLT:2ITER היתוך 3FLT 3 מספק ערוצים עבור העברת טכנולוגיה, לדוגמה, קרינת Fsydation, היא נמוכה של כלי קרינת פלדה.

Machine Learning Accelerating Discovery

בינתיים, למידת מכונה היא מאיצה את גילוי החומרים עמידים לקרינה.צוותים באוניברסיטת קיוטו והמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס עיצבו רשתות עצביות על נתונים של נפיחות וקשוח עם דיוק גדול יותר מאשר תיאוריה קלאסית של שיעור.מודלים אלה שסומנו כמה מערכות ⁇ חדשניות שעברו כעת ניסויים חישוביים.

שיתוף נתונים גלובלי ותגובה ל Testor Access

שותפויות בינלאומיות, כגון FLT:0) ,סוכנות האנרגיה הגרעינית של ה-OECD ו-#8217;sFIRLT:1 ; תוכנית FIDES-II, חולקות נתונים לבדיקת חומרים לאחר הפסקת הריון ומאפשרת ליפן לגשת לכורים באירופה ולארה"ב, בעוד שיכולות הבדיקות שלה משחזרות את השימוש בחומרים מתקדמים.

מסקנה

הנדסה חומרית הפכה להיות עמוד השדרה הבלתי נראה של המאמץ של Fukushima Daiichi, להפוך אסון חסר תקדים לתוך זרז חומרים פורצי דרך מדע.הפיתוח של פלדה ODS, SiC מורכב, ⁇ גבוהה טרופיה גבוהה, ציפויים מתקדמים לא התרחשו בתוך בידוד; זה התעורר משילוב הדוק של קרינה בסיסית, מודלים חישוביים, עיצוב מונחה על ידי שדה בעודם, עומד על פני 40 אתגרים גרעיניים, 000, 000, כבר לא יכול לשרוד, 000 זמן, 000, 000, 000 זמן קצר יותר, 000, 000 כוח חשיבה גרעינית, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 זמן, 000 זמן, 000 בטוח יותר, 000, 000, 000, 000, 000 זמן, 000, 000, 000, 000, 000, 000 זמן, 000 זמן, 000 זמן, 000 זמן, 000, 000, 000 זמן, 000 זמן קצר יותר, 000 זמן, 000 זמן, 000 זמן, 000 זמן, 000 זמן קצר יותר, 000 זמן קצר יותר, 000 זמן, 000 זמן, 000 זמן, 000 זמן, 000, 000 זמן, 000 זמן, 000 זמן, 000 זמן, 000, 000, 000, 000 כוח גרעיני כבר לא היה לשרוד את