Výsledky výzkumu, který odborníci TPU provedli společně s kolegy z Ta-lienské polytechnické univerzity (Čína), jsou prezentovány na VII. mezinárodním kongresu Energetické toky a radiační efekty (EFRE-2020), který se koná v Tomsku.

Konstrukční prvky jaderných reaktorů, včetně těch, které pracují v jaderných elektrárnách, se nacházejí ve velmi drsných podmínkách. Během svého životního cyklu jsou vystaveny tak intenzivní radiační zátěži, že atomy jejich krystalové mřížky mění svou polohu, čímž dochází k radiačnímu poškození těchto prvků.

To znamená, že prvky reaktorů, především ty, které generují palivo, by neměly podstatně měnit své vlastnosti po celou dobu provozu, ale při nízkém radiačním odporu může dojít k jejich deformaci a destrukci. Zvyšování stability konstrukčních materiálů je proto jedním z nejdůležitějších problémů nauky o radiačních materiálech.

Vědci na celém světě řeší tento problém zkoumáním materiálů z hlediska radiační odolnosti. Za tímto účelem je umístí do neutronové ozařovací komory poblíž reaktoru a sledují vznik podstatných změn. Takový výzkum trvá obvykle několik let, proto tato cesta není příliš vhodná k rychlému vyvíjení nových materiálů a technologií.

Jak vysvětlil jeden z autorů studie, profesor katedry nauky o materiálech TPU Alexandr Puškarjov, nyní se místo ozařování neutrony používá imitace ozáření paprsky nabitých částic.

„Při imitovaném ozařování se znovu vytvářejí stejné podmínky jako v jaderném reaktoru při ozařování neutronovým paprskem, stejné poškození

radiací. Ukázalo se však, že radiační zátěž, které je konkrétní materiál vystaven v jaderném reaktoru, se vytvoří během několika hodin místo několika let,“ uvedl.

K simulovanému ozařování se používají dva nástroje: elektronové a iontové paprsky. Mechanismy vzniku radiačních defektů při ozáření paprsky nabitých částic a neutrony jsou však výrazně odlišné, což snižuje spolehlivost studie.

Vědci z TPU navrhli nový nástroj - paprsky zrychlených atomů. Jejich tvorba probíhá pomocí generátoru silných iontových paprsků, vyvinutého univerzitním profesorem Gennadijem Remněvem. Nejprve se vytvoří paprsek zrychlených iontů, poté dojde k procesu jejich dobíjení a vzniku zrychlených atomů a poté se k ozařování materiálů použijí zrychlené atomy s energií stovek kiloelektronvoltů.

„Z hlediska nauky o radiačních materiálech je to jedinečný nástroj. Vyniká tím, že umožňuje rychle získat dávku podobnou dávce záření v jaderném reaktoru a vydat mnohem méně

energie na vytváření defektů. Kromě toho mechanismy vzniku radiačních defektů v kovech při ozařování urychlenými atomy a neutrony jsou si velmi blízké. To umožňuje zvýšit spolehlivost provedených studií radiační odolnosti materiálů,“ vysvětlil Puškarjov.