Sessiz Devrim: Fukushima'nın Bağışsızı Olan Malzemeler
Mart 2011'te Fukushima Daiichi'deki erkanlar, sıradan çelikleri parçalayacak radyasyon dozlarına karşı bir patlama başlattılar ve bu özel maddeler olmadan geleneksel plastikleri toz haline getirmeye çalışan robotlara, su arıtma sistemlerine ve uzaktan sensörlerine odaklanırken, tüm bu operasyonları destekleyen görünmez bir temel: Tüm temizlik malzemeleri mühendisi - tüm temiz çelikleri parçalayan, betona sokmak ve geleneksel plastikleri tozlara dönüştürmek için.
Bu makale, reaktör binalarında en son atılımlara zarar vermek için Fukushima'daki radyasyona dayanıklı malzemelerin bilimsel, mühendislik ve gerçek dünya dağıtımını araştırıyor. Burada öğrenilen dersler sadece dünya çapında nükleer malzemeler bilimin geleceği değil.
Radyolojik Savaş Bölgesinde
Birimler 1, 2 ve 3'ün önündeki engeller aşırıdır.Bir insanı dakika içinde öldürebilecek olan Neutron ve kumar alanları da her maruz kalan malzemeden zarar verir.
Japonya'nın caydırma çabası, materyal bilimi için büyük bir gerçek dünya laboratuvarı haline gelmiştir.Şeff:0) Japonya Atom Enerji Ajansı (JAEA)) ve [[Dönetici:2Uluslararası Nükleer Dekommisyon Enstitüsü (IRID)[D)[Dönetici) [Döneticilerin her sınıf malzemenin siteye özgü koşullar altında nasıl davrandığını anlamak için kaynaklanmış ve terk edilmiş olabilir.
Başarısızlık Fiziği: Radyasyon Saldırıları Nasıl
Mühendisler daha iyi malzemeler tasarlayabilirler, radyasyonun onları nasıl yok ettiğini tam olarak anlamalılar. mekanizmalar üç iç içe geçmiş kategorilere girerler: 0:0) Farklı doz rejimlere ve materyal sınıflara hükmediyorlar ve genellikle sinerjik olarak başarısız olurlar.
Hasar: Atom Onslaught
Neutrons ve yüksek enerji iyonları, lattice pozisyonlarından atomları vurmaya yetecek kadar kinetik enerjiye sahiptir.Her çarpışma vacanzilerin (kayıt atomları) ve geçici[Dönler) ve geçici[Döneticiler arasında yer alan) gibi, bu kusurların bozulması ve beklenmedik bir şekilde kırılabilir.
Kalit dinamiği, olayın parçacığının enerjisine ve hedefin kristal yapısına bağlıdır. Face-centered cubur Metalleri genellikle vücut merkezli küpler kadar dirençlidir, ancak yüksek dozlarda şişirmeler için hala succumb. çarpışma atomları gibi, ışık veya silikon kanallarını düzeltmemize izin verir, bu tür bazı yeni nano-mükemmel atomların çoğunu vücut odaklı sistemlerle yeniden tasarlayabilir.0.
Ionization and Radiolysis: The Chemical War
Gamma ışınları ve beta partikülleri öncelikle nükleleri dağıtmadan ziyade elektronları birleştirir. Polimerlerde, iyonizasyon moleküler bağlar, ya da zincirleme (ve güç yok etmek) veya çapraz bağlantı kurmak (bu nedenle sert ve sert bileşikler yapar).
Gaz Swelling: Gizli genişleme
Neutrons transmute stabil izotoplar helium ve hidrojen gibi tepkilerle (n,α) ve (n,p) Bu gaz atomları tahıl sınırlarına göç eder ve balonlara kadar gelir.Süresel yüzeylerin yüksek yoğunluklarını, tahıl sınırları veya nanoparçacık dağılımı gibi bileşenler için, bu tür bir araya gelir.
Radyasyon-Resistant Materyal Aileleri
Tek bir malzeme tüm zorlukları çözemez, ancak on yıllar boyunca nükleer araştırma, Fukushima'nın aciliyeti tarafından hızlandırılmış, belirli görevler için tasarlanmış bir araç kutusu üretti. Aşağıdaki bölümler, en umut verici aileler ve gerçek dünya uygulamaları sitedeki en ayrıntılı detay.
Gelişmiş Seramikler: Dayanıklı İşhorları
Seramikler radyasyon direncinin poster çocuklarıdır.(Çalışkanlık:0) [Siliconsport (SiC)[Döneticileri) [Döneticileri, Zayıflama sistemleri, yüksek çözünürlükte bulunan 10 adet filtreyi kullanarak, daha fazla korozyona karşı koruyan filtreyi kullanarak, yüksek çözünürlükte bulunan betonarmeler ve mükemmel kimyasal stabiliteleri kontrol etmek için özellikle de yüksek çözünürlükte bulunan 10 adetten sonra, yüksek çözünürlükte bulunan betonarmeler için yüksek çözünürlükte görünür.
Yeni bir sınıf, [[0)MAX aşamaları[Dönemli ternary Cars ve nitrides – metalik machinability ile seramik sağlamlığı, bu malzemeler, geçici hataların yeniden yapılandırılması için önemli bir yeteneği göstermiştir.Bu, Osaka Üniversitesi'nde testlerde yüksek çözünürlükte tekrarlanan yüksek çözünürlükte tekrarlanan yüksek çözünürlükte tekrarlanan yüksek çözünürlükte tekrarlanan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte tekrarlanan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte tekrarlanan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunmuştur.
Seramik Matrix Composites: Mimarlıkta Zorluk
Monoliktik seramikler, fiberleri kazıyarak zorlanırlar – bir seramik matrisi için çelikten tasarruf sağlarlar ve felaket başarısız olur.(CMC))SiC/SiC kompozitleri[Döneticileri)[Döneticileri) Bu, şimdiye kadar fiberleri yeniden dağıtarak, yüksek radyasyon toleransı için yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan 10.000'den fazla çelik tasarrufu sağlar.
Radyasyon destekli polimerler: Flexability'i Keeping
Polimerler radyasyonun altında hızla yükselirler, ancak seçilmiş bir aile şaşırtıcı derecede yüksek dozlara dayanır. Anahtar moleküler yapılarda işaret eder: aromatik halkalar (benzene benzeri halkalar) karbon-karbon bağlarını bozmadan enerji dağıtılır.(e.g.0, Viton) Bu nanotüplütücük yapılarda nano-pürücük malzemelerden uzak durabilir.
Bir başka yenilikçi yaklaşım ise, kontraseptif kaplamalar ([Döneticileri) ile formüle edilen ve yüksek konsantrasyon ajanlarla formüle edilen, beton duvarları ve çelik yüzeyleri korumak için kumar radyasyonuna maruz kalanlar, sonuçtan dolayı hem de elektriksel basınç bozulmasına karşı dayanıklı bir tabakadır.
Gelişmiş Betonlar: Aggregate Up'ten Yeniden Tasarlandı
Sıradan beton, yüksek yoğunluk ve atomik sayı nedeniyle yarılma binalarını (baryum sulfate) kullanarak bu yoğun mineralleri değiştirir, magnetite (demir oksit) veya kolemanite (a kalsiyum borate mineral) ile betonarme binalarını doğrudan doğrular.
Roman Alloys: Metallurgy'nin Sınırı
Geleneksel paslanmaz çelikler ve nikel alaşımları hala önemli roller oynar, ancak yeni alaşımlar dramatik gelişmeler sunar.ETHFLT:0)Oxide dağıtım destekli (ODS) çelikler) nano ölçekli yttria partikülleri içerir ve radyasyon kusurları absorbe eder. 9Cr-ODS çelik, 400 kişilikle karşılaştırıldığında ve sürekli olarak elektriksel koşullara dayanamaz, şişiriririririririririririr.
DÖRT:0) Yüksek performanslı alaşımlar (HEPA)) Başka bir yol sunar. Bu malzemeler, yaklaşık olarak eşit oranlarda beş veya daha temel elementleri karıştırır, ağır bir şekilde bozulmamış bir lattice oluşturmak için oldukça pahalı ve zor bir şekilde, ancak karmaşık bir optik donanımın üretimine izin veren bir makinede üretim tekniklerinin üretimine izin verir.
Real-World Deployment: From Lab to Reaktör Building
Herhangi bir malzemenin nihai testi gerçek temiz operasyonlarda yapılmaktadır. Fukushima'daki birçok bileşen, on yıl önce hala laboratuvar curiosities olan radyasyona dayanıklı malzemeler içeriyor. Alan kullanımı ile ilgili araştırmadan gelen çeviri, üniversite, endüstri ve TEPCO arasında titiz nitelikler ve yakın ortaklıklar ile hızlandı.
Robotik Sistemler
[FONT:0]Küçük Güneşbalığı[[Dönetici:0) Yüzme Prodüksiyonu ve DÖRT:2)Scorpion[DÜDÜ:3) Kontrollü kablolar, radyasyonun yüksek oranda polimide ve yapısal şasi ile donatılmış 100 Sv / daha önce, birincil gemilerden gelen kritik verileri en aza indirmek için çelikler tarafından dağıtıldı.
Su Tedavisi ve Depolama
[FONT=0) İleri sıvı İşleme Sistemi (ALPS)) ve her gün milyonlarca litre kirlenmiş su kullanan bir sıvı kaplama ile ilgili bir sıvı kaplama ile ilgili olarak yapılan ölçümler, özellikle de radyomik direniş için formüle edilmiştir.Internal yüzeyler bu malzemelerin yedi yıldan sonra yenilenmedik ve yeniden planlanmamış bir su tasarrufu sağlayan bir optik kaplama ile uyumlu olmayan bir şekilde kontrol altına alınmaktadır.
Yakıt Debris Retrieval
Planlanan molten yakıtın 2'den düşmesi, hem çok düzensiz, yüksek hacimli kompozit parçaları kavrayabilecek ve aşırı çevrede hayatta kalan 50 adet (C) cihazını test etmek için tasarlanmıştır.The planlı test cihazı (C/SiC)[D)SiC/SiC kompozit[Düzgeçmiş)[Dönetici) ve radyasyonun en yüksek çözünürlükte 20 milyar dolar değerindeki test edilen performansa göre, yüksek çözünürlükte yapılan ölçümler için yapılır.
Zorluklar ve Gelişen Çözümleri
Önemli ilerlemeye rağmen, engeller kalır. [Dörtücüler:0))))) Tamamlanan bir özel kondüktördür: ODS çelikler standart alaşımlardan 5-10 kat daha pahalıya mal olur ve SiC/SiC kompozitleri, paslanmaz çelikten 100 kat daha pahalı olabilir.
[FONT:0) Uzun vadeli performansı tahmin etmek[Döneticiler altında) Çoğu hızlandırılmış test, sadece birkaç mikrometreye nüfuz eden iyon kirişleri kullanır, bu konuya ilişkin öngörür. Araştırmacılar, bu verileri on yıllar içinde ölçmeye olanak sağlar. Makine öğrenme algoritmalarının Fukushima reaktör binalarının içinde yüklü kuponlara kadar eğitildiği gibi, bu sensörlerin ısıtılması ve radyasyon dozunu ölçtü.
[FONT:0]Yönergesel sertifika[Dönlendirme)[Dönlendirme)[Dönlendirme)[Dönlendirme))[Gönergesel sertifikalar[Dönlendirme)[Dönlendirmeler için kullanılan malzemeler, güvenlik standartlarını azaltmadan önce bu süreci hızlandırıyor.The ACD:2).World Nükleer Association ) Bu, daha iyi bir şekilde kabul edilen 20 yıllık güvenlik denetimi için uygulanan önlemleri hızlandırıyor.
Miraç: Safer Nükleer Endüstri
Fukushima için geliştirilen malzemeler, bu tek sitenin ötesine kadar başvuru bulacak.ETHFLT:0)Accident-tolerant yakıtlar ) bir sonraki nesil reaktörler için SiC cladding ve kompozit yapısal bileşenler doğrudan Fukushima araştırmalarından ilham alacak.Fonyum reaktörleri, bu da daha yüksek nötron flxes üretebilecek olan laboratuvar deneylerine bağlı olacaktır.
Uluslararası işbirliği ilerlemeye devam ediyor. OECD Nükleer Enerji Ajansı'nın [[0)Maliye Bilimi ve Teknolojisi Bölümü) her türlü ülkede aday materyalinin yuvarlak-eşit testini gerçekleştiriyor, sonuçların yenidenrodnasyon olmasını sağlıyor ve en iyi uygulamaları paylaşılıyor.
Sonunda, radyasyona dayanıklı malzemelerin gelişimi sadece teknik bir zorunluluk değildir - bir felaketin tüm dünyaya fayda sağlama derslerinin bir gelecekteki bir felakete yardımcı olacaktır.