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从反应堆内部移除的一个微小的钛螺母正是证明这项由美国科学家开发的新技术的所需材料 ， 它提供了一种探测材料内部产生的缺陷的方法 ， 包括那些暴露在辐射下的缺陷 ， 其灵敏度是现有方法的五倍 。 新方法表明 ， 反应堆内部发生的大部分破坏都是原子级的 ， 因此 ， 使用现有方法很难检测到 ， 该技术提供了一种通过温度变化直接测量这种损伤的方法 。 它还可以用来测量目前运行的核反应堆群中的样本 ， 有可能使核电站的持续安全运行远远超过其目前的许可寿命 。
新方法不是直接观察所讨论材料的物理结构 ， 而是观察该结构中存储的能量 。 材料内部原子有序结构的任何破坏 ， 如辐射暴露或机械应力造成的破坏 ， 实际上都会给材料带来多余的能量 。 通过观察和量化能量差 ， 可以计算出材料内部的总损伤量 ， 即使损伤是以原子级缺陷的形式存在 ， 这些缺陷太小 ， 无法用显微镜或其他检测方法成像 。
这种方法背后的原理已经通过计算和模拟得到了详细的阐述 ， 所以科学家们拿到了美国某个核反应堆的一个钛螺母 ， 进行了实际测试 ， 测试数据非常明显 ， 从而为测量材料损伤的新方法打开了大门 。 他们使用的方法称为差示扫描量热法 。 正如解释的那样 ， 这在原则上类似于许多学生在高中化学课上进行的量热实验 ， 他们测量一克水的温度升高一度需要多少能量 。 科学家们使用的这个系统在原理上基本上是完全相同的 ， 测量能量变化 。
扫描部分是指一次逐渐升高一点温度 ， 观察样品的反应 ， 差异部分是指同时测量两个相同的腔室 ， 一个是空的 ， 另一个包含正在研究的样品 ， 两者之间的差异揭示了样品能量的细节 。 “我们将温度从室温升高到600摄氏度 ， 以每分钟50度的恒定速度 。 ”科学家们解释说 ， “与空容器相比 ， 你的材料自然会落后 ， 因为你需要能量来加热材料 。 但如果材料内部的能量发生变化 ， 就会改变温度 。 ”
经过这次研究后科学家们发现 ， 与之前所认为的相反 ， 辐射测试样本表明 ， 在研究温度下 ， 钛中缺陷的弛豫涉及两种不同的机制 ， 这由量热法中的两个单独的峰揭示 。 科学家们解释说：“我们清楚地看到了两个过程 ， 而不是一个过程 ， 每一个过程都对应于材料中发生的不同反应 。 ”科学家们还发现 ， 教科书中关于辐射损伤如何随温度变化的解释并不准确 ， 因为之前的测试大多是在极低的温度下进行的 ， 然后推断出实际反应堆运行的较高温度 。
“事实上 ， 我们关于辐射损伤演变的共同知识基础是基于极低温电子辐射 。 它刚刚成为公认的模型 ， 这是所有书籍中都教授的 。 我们花了一段时间才意识到 ， 我们的一般理解是基于一个非常具体的条件 ， 旨在阐明科学 ， 但通常不适用于我们实际想要使用这些材料的条件 。 现在 ， 新方法可以应用于“从现有反应堆中提取的材料 ， 以了解它们在运行中的降解情况 。 ”科学家们解释说 。
虽然大多数核电站的许可证运营期为40至60年 ， 但是现在的目标是让其运营期超过100年 ， 这几乎完全取决于材料是否能够承受最严重的事故 ， 而现在使用这种新方法 ， 科学家们可以在意外发生之前检查并取出它们 。 在真正的实践中 ， 核电站操作员可以从反应堆的关键区域取出一个微小的材料样本 ， 并对其进行分析 ， 以更完整地了解整个反应堆的状况科学家们强调 ， “保持现有反应堆运行是我们能做的最大的一件事 ， 以保持无碳电力的高份额 。 这是我们认为可以做到的一种方式 。 ”
另外 ， 英国也参与了这项研究 ， 份额大概在30% 。
【以原子级精度量化材料，美国科学家分析了核反应堆中的螺母】
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