Sistem Berbasis Laser Memungkinkan Pemantauan Kerusakan Radiasi pada Material secara Real-Time
- Sistem baru berbasis spektroskopi grating transitif mendeteksi perubahan material yang diinduksi radiasi secara real-time.
- Dibandingkan teknik yang ada yang membutuhkan waktu setengah tahun untuk sepenuhnya memaparkan suatu material, ini hanya membutuhkan satu hari.
Lingkungan radiasi tinggi, seperti yang ditemukan di inti pembangkit listrik tenaga nuklir, memerlukan material berkualitas sangat tinggi. Mikrostruktur, dan oleh karena itu kinerja, material ini di fasilitas nuklir berubah secara drastis selama bertahun-tahun operasi.
Sebagian besar material gagal karena presipitasi yang ditingkatkan, pembengkakan volumetrik, pelarutan inklusi balistik, retak korosi stres yang dibantu radiasi, dan segregasi yang ditingkatkan.
Metode yang ada untuk menguji kemampuan material untuk menahan lingkungan yang keras ini tidak sangat efektif. Mereka bergantung pada pendekatan 'cook and look', di mana material disubarkan pada lingkungan radiasi tinggi dan kemudian dikeluarkan untuk inspeksi mendekat. Proses ini, namun, sangat memakan waktu sehingga menunda pengembangan material canggih 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 yang diinduksi radiasi secara real-time, dan memberikan lebih banyak wawasan dibandingkan teknik konvensional.
Karena banyak fasilitas nuklir menuju akhir masa operasi mereka, teknologi ini dapat membantu memutuskan pembangkit listrik tenaga nuklir mana yang dapat diperpanjang dengan aman seberapa lama.
Cara Baru Menguji Material
Sistem berbasis laser baru ini bergantung pada spektroskopi grating transitif (TGS) – teknik optik untuk mengukur propagasi quasipartikel. Ia dapat mendeteksi perubahan fisik dalam material, termasuk difusivitas termal dan elastisitas, tanpa merusak atau mengubah propertinya.
Tim telah menguji metode ini selama sekitar dua tahun. Sekarang, sistem siap untuk menyediakan data yang akurat yang dapat membantu insinyur memahami bagaimana material di dalam reaktor vessel degradasi seiring waktu.
Referensi: ScienceDirect | doi:10.1016/j.nimb.2018.10.025 | MIT
Ini adalah pertama kalinya seseorang menggunakan TGS untuk mengamati kerusakan yang disebabkan radiasi dengan dekat. Ia dapat mendeteksi apakah properti material telah berubah selama tahun operasi, seperti kemampuannya untuk merespons stres atau menghantarkan panas.
Untuk mereplikasi lingkungan radiasi, peneliti mensimulasikan efek bombardemen neutron menggunakan sinar ion, yang merusak material dengan cara yang sama seperti reaktor aktual tetapi lebih aman untuk bekerja dan jauh lebih mudah dikontrol. Mereka menggunakan acceleratir ion 6 megavolt untuk mensimulasikan paparan neutron bertahun-tahun dalam hitungan jam.
Sistem baru terinstal dan diuji di Sandia National Labs | Kredit citra: 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 dalam material tertentu.
Karena sistem memantau material secara real-time, mungkin untuk menghentikan eksperimen pada setiap momen kritis dan mempelajari kerusakan secara detail. Ini juga memungkinkan insinyur untuk menentukan alasan mekanis di balik kegagalan tersebut.
Metode tradisional memerlukan waktu bulan-bulan untuk menemukan faktor awal yang memicu degradasi. Sistem baru, di sisi lain, dapat melakukan hal yang sama dalam hitungan jam. Menurut laporan, pemaparan lengkap suatu material memakan waktu hanya satu hari, sedangkan teknik yang ada memakan waktu hampir setengah tahun.
Apa Selanjutnya?
Sampai saat ini, peneliti telah menguji sistem mereka pada dua logam murni: tungsten dan nikel. Dalam beberapa bulan ke depan, mereka akan menggunakannya untuk menguji logam lain dan berbagai jenis logam campuran.
Baca: Material Terkuat di Semesta Ada di Kulit Bintang Neutron
Tim juga bekerja untuk meningkatkan kemampuan sistem lebih lanjut dan menambahkan lebih banyak alat diagnostik untuk menyelidiki lebih banyak properti material yang terkena radiasi.
