ニュース

May 18, 2023

材料の放射線損傷を定量化するより良い方法

MIT ニュース オフィスの Web サイトでダウンロードできる画像は、クリエイティブ コモンズ表示、非営利、派生禁止に基づいて、非営利団体、報道機関、および一般の人々に提供されています。

MIT ニュース オフィスの Web サイトでダウンロードできる画像は、クリエイティブ コモンズ表示、非営利、改変禁止ライセンスに基づいて、非営利団体、報道機関、および一般の人々に提供されています。 提供された画像は、サイズに合わせてトリミングする以外に変更することはできません。 画像を複製する場合はクレジットラインを使用する必要があります。 以下に提供されていない場合は、画像のクレジットを「MIT」に記載してください。

前の画像 次の画像

それは、マサチューセッツ工科大学の原子炉施設の研究室の後ろに置かれ、処分される準備ができているただのガラクタでした。 しかし、これは材料の原子レベルの構造損傷を検出するより包括的な方法を実証する鍵となった。このアプローチは新材料の開発を支援し、二酸化炭素を排出しない原子力発電所の継続的な運転を潜在的に支援する可能性がある。地球規模の気候変動を緩和するのに役立つでしょう。

原子炉の内部から取り出された小さなチタンのナットは、MIT やその他の機関で開発されたこの新しい技術が、露出した欠陥を含む材料の内部に生じた欠陥を調べる方法を提供することを証明するために必要な材料のようなものでした。放射線に対する感度は既存の方法よりも 5 倍高くなります。

新しいアプローチにより、原子炉内で起こる損傷の多くは原子スケールであり、その結果、既存の方法では検出することが困難であることが明らかになりました。 この技術は、温度による損傷の変化を通じてこの損傷を直接測定する方法を提供します。 また、現在運転中の原子炉群からのサンプルの測定にも使用でき、現在認可されている耐用年数をはるかに超えてプラントを安全に運転し続けることが可能になる可能性があります。

この発見は本日、MITの研究専門家で最近卒業した22年のチャールズ・ハースト博士による論文としてサイエンス・アドバンス誌に報告された。 MIT教授のマイケル・ショート氏、スコット・ケンプ氏、ジュ・リー氏。 他の 5 名はヘルシンキ大学、アイダホ国立研究所、カリフォルニア大学アーバイン校に所属しています。

新しいアプローチでは、問題の材料の物理構造を直接観察するのではなく、その構造内に蓄えられているエネルギーの量に注目します。 放射線への曝露や機械的応力によって引き起こされるような、材料内の原子の秩序ある構造の破壊は、実際には材料に過剰なエネルギーを与えます。 そのエネルギー差を観察して定量化することで、たとえその損傷が顕微鏡や他の検出方法では画像化できないほど小さすぎる原子スケールの欠陥の形であっても、材料内の損傷の総量を計算することが可能になります。

この手法の原理は、計算とシミュレーションによって詳細に解明されていました。 しかし、証拠を提供したのは、マサチューセッツ工科大学の原子炉からの 1 つのチタン ナットに対する実際のテストでした。これにより、材料の損傷を測定する新しい方法への扉が開かれました。

彼らが使用した方法は示差走査熱量測定と呼ばれます。 ハースト氏が説明するように、これは原理的には、高校の化学の授業で多くの生徒が行う熱量測定実験と似ており、水 1 グラムの温度を 1 度上げるのにどれだけのエネルギーが必要かを測定します。 研究者らが使用したシステムは「基本的には全く同じもので、エネルギーの変化を測定するものでした。 …私はそれを、内部に熱電対を備えた単なる高級炉と呼びたいと思います。」

スキャン部分は、一度に少しずつ温度を徐々に上げてサンプルがどのように反応するかを確認することに関係しており、差分部分は、2 つの同一のチャンバー (1 つは空で、もう 1 つは研究対象のサンプルが入っている) を同時に測定するという事実を指します。 。 2 つの違いにより、サンプルのエネルギーの詳細が明らかになる、とハースト氏は説明します。

「毎分 50 度の一定速度で、室温から摂氏 600 度まで温度を上げます」と彼は言います。 空の容器と比較すると、「材料を加熱するのにエネルギーが必要なため、材料は当然遅れます。 しかし、物質内部のエネルギーに変化があれば、温度も変化します。 私たちの場合、欠陥が再結合するときにエネルギーが放出され、その後炉で少しだけ有利なスタートが切れます…そしてそれがサンプルのエネルギーを測定する方法です。」