Kendini onaran reaktör

Nanokristal malzemeyle yapılan reaktörler radyasyon hasarını kendiliğinden gideriyor.

ABD Enerji Bakanlığı’na Bağlı Los Alamos Ulusal Laboratuarı’ndan bilimciler, nanokristallerden oluşmuş özel malzemeler kullanılarak ileride nükleer reaktör çeperlerinin radyasyon hasarını kendiliklerinden onarabileceklerini gösterdiler.
Nükleer reaktörlerin tasarımında reaktör kalbininin çeperlerinin yapılacağı malzemenin seçimi çok önemli. Çünkü kalp (içinde uranyumun parçalanmasıyla enerji üreten bölüm) son derece ekstrem bir ortamda çalışıyor. Sürekli ışınıma (radyasyon) maruz kalmanın dışında reaktör kalbini oluşturan malzeme çok yüksek sıcaklıklar, fiziki stres ve aşınmayla da baş etmek zorunda.
Yalnızca radyasyon bile nanoölçekte (metrenin milyarda biri ölçeklerinde) büyük zarar verebiliyor. Güçlü radyasyon atomları tek tek ya da gruplar halinde malzemenin kristal yapısı içindeki yerlerinden sökebiliyor ve bunlar yapıdaki başka atomların arasına girerek kıristal yapıyı bozuyor. Ayrıca, yerinden edilmiş her atom da geride bir boşluk bırakmış oluyor. Bu deşilmiş atomlar ve geride bıraktıkları deşikler reaktör çeper malzemesi içinde biriktikçe, malzemenin kabarmasına, sertleşmesine ya da kırılgan hale gelmesine neden olarak kalpte felaketli bir kazaya yol açabiliyor.
Los Alamos bilimcileri, Science dergisinde yayımladıkları bilgisayar benzetim (simulasyon) sonuçlarıyla, mikroskopik bakır taneciklerinden oluşmuş nanokristalli bir malzemenin bu hasarı kendi kendine tamir edebildiğini gösterdiler.
Malzemeyi oluşturan nanotaneciklerin her biri bir virüs kadar ya da daha küçük. Nanokristal malzemeler, farklı atomlardan taneciklerin bir karışımıyla, bu tanecikler arasındaki arayüzlerden oluşuyor. Bu arayüzlere “tanecik sınırı” deniyor. Nanokristalli malzemelerde daha fazla tanecik sınırı bulunduğundan, bunlar, daha iri tanecikli malzemelere kıyasla radyasyona daha dayanıklı oluyorlar.
Araştırmacılar, bilgisayar benzetimlerinde bu dayanıklılığın, tanecik sınırlarındaki bir “doldurma-boşaltma” mekanizmasından kaynaklandığını belirlemişler. Bilgisayarlarda tanecik sınırlarıyla, atomların geride bıraktığı deşikler arasındaki etkileşim pikosaniye (saniyenin trilyonda biri) ile mikrosaniye (saniyenin milyonda biri) arasında değişen zaman ölçeklerinde gözlenmiş.
Daha kısa zaman ölçeklerinde radyasyon hasarlı malzemelerin bir “yüklenme” süreci yaşadıkları, yani yerlerinden deşilmiş atomların, tanecik sınırlarında (atomlar arasındaki boşluklarda) toplandıkları görülmüş. Daha sonraysa bu sınır boşluklarda toplanan atomlar, boşluk yakınolarındaki deşiklere “boşaltılmış”. Yani malzeme, hem yerinden çıkmış atomların yarattığı kabarmayı, hem de deşiklerden kaynaklanan kırılganlığı kendi kendine tamir etmiş oluyor.