На сайте Phys.org опубликована заметка "A better way to quantify radiation damage in materials" - "Лучший способ количественной оценки радиационного повреждения материалов".

Это был просто хлам, который лежал в задней части лаборатории на ядерном реакторе Массачусетского технологического института, готовый к утилизации. Но он стал ключом к демонстрации более комплексного способа обнаружения структурных повреждений материалов на атомарном уровне — подхода, который поможет в разработке новых материалов и потенциально может поддержать текущую эксплуатацию атомных электростанций без выбросов углерода, которые поможет смягчить глобальное изменение климата.

Крошечная титановая гайка, извлеченная из реактора, была как раз тем материалом, который нужен для доказательства того, что новая методика, разработанная в Массачусетском технологическом институте, позволяет исследовать дефекты, созданные внутри материалов, в том числе те, которые подверглись воздействию радиации, с в пять раз большей чувствительностью, чем существующие методы.

Новый подход показал, что большая часть повреждений, происходящих внутри реакторов, имеет атомный масштаб, и поэтому их трудно обнаружить с помощью существующих методов. Этот метод обеспечивает способ прямого измерения этого повреждения по тому, как оно изменяется с температурой. И его можно использовать для измерения проб из действующего в настоящее время парка ядерных реакторов, что потенциально позволит продолжать безопасную эксплуатацию станций далеко за пределы их нынешних лицензированных сроков службы.

Вместо непосредственного наблюдения за физической структурой рассматриваемого материала новый подход рассматривает количество энергии, хранящейся в этой структуре. Любое нарушение упорядоченной структуры атомов внутри материала, например, вызванное радиационным облучением или механическими воздействиями, фактически придает материалу избыточную энергию. Наблюдая и определяя эту разницу энергий, можно рассчитать общее количество повреждений в материале, даже если эти повреждения представлены в виде дефектов атомного масштаба, которые слишком малы, чтобы их можно было обнаружить с помощью микроскопа или других методов обнаружения.

Принцип, лежащий в основе этого метода, был детально разработан с помощью расчетов и моделирования. Но именно испытания одной титановой гайки из ядерного реактора Массачусетского технологического института предоставили доказательства — и, таким образом, открыли дверь к новому способу измерения повреждений материалов.

Используемый метод называется дифференциальной сканирующей калориметрией. В принципе, это похоже на эксперименты по калориметрии, которые многие ученики проводят на уроках химии в средней школе, где они измеряют, сколько энергии требуется, чтобы поднять температуру грамма воды на один градус. Сканирующая часть связана с постепенным повышением температуры понемногу за раз и наблюдением за реакцией образца, а дифференциальная часть относится к тому факту, что одновременно измеряются две идентичные камеры, одна пустая, а другая содержит исследуемый образец. Разница между ними раскрывает детали энергии образца.

Полностью заметка доступна здесь и оригинальная статья в журнале Science Advances: здесь.