Самолечение для реактора: Загрузка-разгрузка
Американским физикам удалось получить материал, обладающий весьма интересным свойством: входящие в его состав нанокристаллы восстанавливают свою структуру после того, как она была повреждена жесткой радиацией. «Нанокристаллы» в данном случае представляют собой крайне небольшие, наноразмерные кристаллы меди, а составленный из них материал, как песок, состоит из массы таких гранул, разве что он не сыпуч, а наоборот, тверд.
Вообще, при конструировании ядерных реакторов один из самых важных моментов — выбор оптимальных материалов, способных не терять нужных свойств в столь экстремальных условиях. Помимо постоянной и жесткой бомбардировки частицами радиации, эти материалы подвергаются воздействию высочайших температур, механическому напряжению и коррозийному влиянию. Хотя для повреждения упорядоченной структуры вещества на наноуровне,
Соударяясь с атомами или их группами, несущие энергию частицы радиации выбивают их со своих мест. На месте атома остается вакансия, а сам атом превращается в «бродягу», который называют промежуточным атомом (он перемещается по промежуткам между узлами кристаллической решетки). Под их влиянием структура материала быстро деградирует. Как следствие, построенное из него сооружение теряет свои свойства и в конце концов становится небезопасным. Что совершенно недопустимо, если речь идет об атомном реакторе.
Теперь представим, что в эти же условия попал материал из нанокристаллов. Его особенность в том, что он состоит из крайне небольших зерен-кристаллов — а также из границ между ними. Эти границы служат естественным «буфером», они как бы поглощают возникающие в кристалле дефекты, нивелируя их эффект. Проведенная учеными компьютерная симуляция показала, как именно это происходит. Процесс этот они назвали «загрузкой-разгрузкой» (loading-unloading) на границе зерна.
Выбитые радиацией промежуточные атомы, перемещаясь по нанокристаллу, быстро покидают его, оказываясь в пограничной между нанокристаллами области («загрузка»). В итоге в самом нанокристалле накапливаются вакансии, часть из которых неминуемо оказывается близко к границе зерна — и они быстро встречаются с промежуточными атомами. Те становятся на вакантное место, покидая область границы («разгрузка»); часть вакансий и промежуточных атомов взаимно гасят друг друга. Это погашение имеет место и в обычных материалах, но в случае нанокристаллов оно куда более эффективно.
Читайте также о знаменитых перспективных реакторах на быстрых нейтронах, которые будут использоваться на строящейся Белоярской АЭС: «Баллада о быстрых нейтронах».
По пресс-релизу Los Alamos National Laboratory