Vật liệu nhỏ tự phục hồi sau khi bị tổn hại do bức xạ

(Hóa học ngày nay-H2N2)-Các nhà khoa học Mỹ tuyên bố, có thể đạt được bước tiến gần hơn tới điện hạt nhân an toàn nhờ khám phá về một hiện tượng cho phép các vật liệu nhỏ tự phục hồi sau khi phải chịu tổn hại do bức xạ trong các lò hạt nhân. Nghiên cứu đã khám phá ra một hiệu ứng chưa từng được biết tới trước đây trong đó các nguyên tử bên trong các vách lò phản ứng trở nên bị nén vào nhau trong quá trình phơi nhiễm với bức xạ, gây ra tổn thất nhưng sau đó lại dàn trải lại để phục hồi bất cứ một khiếm khuyết nào. Nhóm nghiên cứu cho rằng khám phá này sẽ dẫn tới một thế hệ mới các vật liệu chịu được bức xạ cao trong các lò phản ứng hạt nhân mới.

Khi thiết kế các lò phản ứng hạt nhân, một trong những thách thức chính đối với các nhà khoa học là tìm ra các vật liệu có thể chịu được môi trường khắc nghiệt. Các vật liệu thường xuyên bị bắn phá bởi bức xạ, nhiệt độ cực cao, các áp lực vật lý và những tình trạng ăn mòn.

Chỉ phơi nhiễm với bức xạ cao không thôi cũng tạo ra tổn hại lớn ở cấp độ cỡ nano. Nó có thể khiến cho từng nguyên tử hoặc các nhóm nguyên tử bị lắc giật ra khỏi vị trí, hiện tượng này còn được biết tới như là hiện tượng các khe nguyên tử, vì vậy gây ra các khe hở ở vật liệu. Các khe nguyên tử này tích tụ theo thời gian sẽ khiến cho vật liệu trở nên dòn, phình và chai lại và có thể dẫn tới sự hỏng hóc nghiêm trọng trong lò phản ứng. Vì vậy, thiết kế các vật liệu tinh thể nano, từ các hạt đồng cực nhỏ, để chịu được bức xạ gây ra tổn hại rất quan trọng đối với việc cải tiến độ an toàn, tin cậy và tuổi thọ của các nhà máy điện hạt nhân.

Các mô phỏng bằng máy tính do các nhà khoa học của Phòng Thí nghiệm Quốc gia Los Alamos, ở New Mexico, Mỹ, đã khám phá ra hiệu ứng “tải-dỡ tải” ở giao diện giữa các hạt cỡ nano đơn.

Nghiên cứu của nhóm đã khảo sát tương tác giữa các lỗi và giao diện giữa các hạt ở cỡ thời gian dao động từ một phần nghìn tỉ giây tới một phần triệu tỷ giây. Trong cỡ thời gian ngắn ngủi như vậy, các vật liệu bị tổn hại do bức xạ đã trải qua quá trình “tải” trong đó các nguyên tử khe bị kẹt. Sau đó, những nguyên tử này trở nên “dỡ tải” và lấp vào các khe đã được tạo ra trước đó và vì vậy làm phục hồi vật liệu.

Mặc dù, nhóm nghiên cứu nhận thấy cần có năng lượng để hiệu ứng này diễn ra, nhưng lượng năng lượng này thấp hơn nhiều so với năng lượng cần để vận hành các cơ chế sửa chữa thông thường.