Sistem Berbasis Laser Baru Dapat Terus Memantau Kerusakan Radiasi Bahan
- Sistem baru berdasarkan spektroskopi kisi transien mendeteksi perubahan akibat radiasi pada material secara real-time.
- Dibandingkan dengan teknik yang ada yang membutuhkan waktu setengah tahun untuk sepenuhnya mengkarakterisasi materi tertentu, hanya butuh satu hari.
Lingkungan radiasi tinggi, seperti yang ditemukan di inti pembangkit listrik tenaga nuklir, membutuhkan bahan berkualitas sangat tinggi. Struktur mikro, dan dengan demikian kinerja, bahan-bahan ini di fasilitas tenaga nuklir berubah secara drastis selama bertahun-tahun beroperasi.
Sebagian besar material gagal karena peningkatan presipitasi, pembengkakan volumetrik, pelarutan inklusi balistik, retak korosi tegangan yang dibantu iradiasi, dan peningkatan segregasi.
Metode yang ada untuk menguji kemampuan material untuk menahan lingkungan yang keras seperti itu tidak terlalu efektif. Mereka mengandalkan pendekatan 'memasak dan melihat', di mana bahan terkena lingkungan radiasi tinggi dan kemudian dipindahkan untuk diperiksa dengan cermat. Prosesnya, bagaimanapun, sangat memakan waktu sehingga menunda pengembangan bahan maju untuk reaktor baru.
Untuk mengatasi masalah ini, tim peneliti di MIT dan Sandia National Laboratories telah membangun sistem baru yang dapat secara efektif melacak perubahan akibat radiasi secara real-time, dan memberikan lebih banyak wawasan daripada teknik konvensional.
Karena banyak fasilitas nuklir sedang menuju akhir masa operasinya, teknologi ini dapat membantu memutuskan pembangkit nuklir mana yang dapat diperpanjang dengan aman sampai seberapa banyak.
Cara Baru Menguji Bahan
Sistem berbasis laser baru bergantung pada spektroskopi kisi transien (TGS) – teknik optik untuk mengukur propagasi kuasipartikel. Alat ini dapat mendeteksi perubahan fisik material, termasuk difusivitas dan elastisitas termal, tanpa merusak atau mengubah sifatnya.
Tim telah menguji metode ini selama sekitar dua tahun. Sekarang, sistem siap memberikan data akurat yang dapat membantu para insinyur memahami bagaimana material di dalam bejana reaktor terdegradasi dari waktu ke waktu.
Referensi:ScienceDirect | doi:10.1016/j.nimb.2018.10.025 | MIT
Ini pertama kalinya seseorang menggunakan TGS untuk mengamati secara dekat kerusakan yang disebabkan oleh radiasi. Alat ini dapat mendeteksi apakah sifat material telah berubah selama tahun operasional, seperti kemampuannya untuk merespons tekanan atau menghantarkan panas.
Untuk mereplikasi lingkungan radiasi, para peneliti mensimulasikan efek pemboman neutron menggunakan sinar ion, yang merusak material dengan cara yang sama seperti reaktor sebenarnya tetapi lebih aman untuk dikerjakan dan lebih mudah dikendalikan. Mereka menggunakan akselerator ion 6 megavolt untuk mensimulasikan paparan neutron selama bertahun-tahun dalam hitungan jam.
Sistem baru dipasang dan diuji di Sandia National Labs | Kredit gambar:Cody Dennett
Pengukuran dilakukan dengan mensimulasikan getaran material menggunakan sinar laser dan kemudian mengamati getaran tersebut di permukaan menggunakan laser lain. Pengukuran ini juga dapat digunakan untuk menentukan properti terkait lainnya, seperti akumulasi kerusakan dan cacat pada material tertentu.
Karena sistem memonitor material secara real-time, eksperimen dapat dihentikan kapan saja dan mempelajari kerusakan secara detail. Hal ini juga memungkinkan para insinyur untuk menunjukkan dengan tepat alasan mekanistik di balik kegagalan tersebut.
Metode tradisional membutuhkan waktu berbulan-bulan untuk menemukan faktor awal yang memicu degradasi. Sistem baru, di sisi lain, dapat melakukan hal yang sama dalam beberapa jam. Sesuai laporan, karakterisasi lengkap dari bahan yang diberikan hanya membutuhkan waktu satu hari, sedangkan teknik yang ada membutuhkan waktu hampir setengah tahun.
Apa Selanjutnya?
Sejauh ini, para peneliti telah menguji sistem mereka pada dua logam murni:tungsten dan nikel. Dalam beberapa bulan mendatang, mereka akan menggunakannya untuk menguji logam lain dan berbagai jenis paduan.
Baca:Material Terkuat di Alam Semesta Terletak di Kerak Bintang Neutron
Tim juga bekerja untuk lebih meningkatkan kemampuan sistem dan menambahkan lebih banyak alat diagnostik untuk menyelidiki lebih banyak sifat bahan yang terpapar radiasi.
