Modelowanie właściwości samonaprawiania się reaktorów jądrowych
Uszkodzenia wynikające z promieniowania charakteryzują się pęcznieniem przestrzeni pustych i pełzaniem napromieniania, deformacjami materiałów reaktora, które mogą prowadzić do awarii. Dowody wskazują, że pęcznieniu można zapobiec poprzez zastosowanie materiałów z nowopowstałej klasy materiałów o właściwościach samonaprawiających. Jednak do niedawna brakowało narzędzi do modelowania matematycznego i symulacji służących do badania tych zjawisk i tworzenia lepszych konstrukcji. Ta luka w wiedzy została uzupełniona przez finansowany ze środków UE projekt RADINTERFACES (Multiscale modelling and materials by design of interface-controlled radiation damage in crystalline materials). Naukowcy badali zjawiska na wszystkich wymaganych poziomach, począwszy od struktury elektronicznej, gdzie pierwotny atom wybity (PKA) może zapoczątkować kaskadę destrukcyjnych zdarzeń. Nowatorskie powłoki wielowarstwowe krystalicznych materiałów wielofazowych demonstrują zdolność do naprawy uszkodzeń związanych z PKA. Zespół naukowców modelował zatem zachowanie takich materiałów na wszystkich poziomach, od interakcji między atomami (w mikro skali), poprzez propagację uszkodzeń w pojedynczych kryształach i wielowarstwowych materiałach (w mezoskali), po duże ilości (w skali makro). Modele te pozwoliły naukowcom przewidzieć charakterystykę wydajności samego elementu reaktora. Dodatkowe prace doświadczalne nad zachowaniem materiałów skupiały się na tworzeniu próbek materiałów cienkowarstwowych przy użyciu trzech sprawdzonych technik. Partnerzy projektu opracowali dwie nowe metody opisywania interakcji mikrostrukturalnych i defektów materiałów o wielowarstwowych powierzchniach międzyfazowych. Zdefiniowali również siły rządzące interakcjami wśród pierwiastków atomowych objętych badaniem. Ponadto opracowali kod opisujący dynamikę przemieszczeń w mezoskali w strukturach wielopłytkowych, a także zasady decydujące o interakcjach międzypowierzchniowych oraz defektach wywołanych napromienianiem. Naukowcy dokonali również syntezy związków wielowarstwowych i scharakteryzowali ich właściwości. W ramach projektu RADINTERFACES opracowano niezbędne wieloskalowe narzędzia modelowania służące do konstruowania elementów reaktora na bazie nowoczesnych krystalicznych materiałów wielofazowych o radykalnych właściwościach samonaprawiających. Oczekuje się, że liczne warstwy o dużych powierzchniach międzyfazowych pozwolą zapobiec pęcznieniu w wyniku działania PKA, które skraca żywotność reaktora, a przez to spowodują zmniejszenie kosztów operacyjnych przy jednoczesnym zwiększeniu bezpieczeństwa. Ponadto technologia opracowana przez konsorcjum mogłaby prowadzić do zupełnie nowych zastosowań elektrochemii, co miałoby bardzo duży wpływ na istniejącą technologię przemysłową.
Słowa kluczowe
Nanotechnologia, energia jądrowa, reaktor, promieniowanie, pęcznienie przestrzeni pustych, pełzanie napromieniania, samonaprawianie, RADINTERFACES, atom wybity, elektrochemia
