Ydinvoimaloiden luotettava toiminta perustuu siihen, että niissä on materiaaleja, jotka kestävät säteilyä reaktorin elinajan. Nyt tutkijat pystyvät ennustamaan materiaalien säteilyvaurioiden todellisen määrän.

Tuoreessa Nature Communication -artikkelissa kansainvälinen asiantuntijaryhmä esittelee työnsä, jossa se on muodostanut aiempaa tarkemman matemaattisen yhtälön, jolla voidaan ennustaa materiaalien säteilyvaurioiden todellista määrää.

Aiempi yhtälö yliarvioi säteilyvaurioiden määrää

– Noin neljän vuosikymmenen ajan alan asiantuntijat ovat tienneet, että aiemmin yleisessä käytössä ollut yhtälö yliarvioi säteilyvaurioiden määrää noin kolminkertaisesti kaikissa tavallisissa metalleissa, kertoo materiaalifysiikan professori Kai Nordlund Helsingin yliopistosta.

– Meidän tuloksemme jälkeen uusia reaktorityyppejä voidaan suunnitella tarkemmin kuin nyt, hän sanoo.

Hiukan monimutkaisempi kaava mutta tarkka ennustaja

Professori Nordlund johti tutkijaryhmää, joka muodosti tämän uuden "arc-dpa"-yhtälön.

– Yhtälömme on vain hiukan monimutkaisempi matemaattinen kaava kuin edeltäjänsä, mutta ennustaa tarkasti kuin parhaat kokeet tai tietokonesimuloinnit, hän sanoo.

Uusi yhtälö luo pohjan paljon tarkemmille ennustuksille siitä, miten kauan materiaalit kestävät säteilyä ydinvoimaloissa tai muissa korkean säteilyn ympäristöissä. Tämä on erityisen tärkeää fuusiovoimalaitosten kehitykselle.

Yli kuuden vuosikymmenen ajan materiaalien vaurioitumista reaktoreissa on arvioitu yksinkertaisella niin sanotulla Kinchin-Pease -yhtälöllä. Se antaa arvion siitä, kuinka monta atomia on siirtynyt paikaltaan tietyn säteilyannoksen myötä.

Kuvateksti
Kaksi eri mallia säteilyvaurioille materiaaleissa. Jokainen pallo kuvaa atomin paikkaa metallissa.  Punaiset ja valkoiset alueet kuvissa vastaavat säteilyvaurioita. Vasen kuva vastaa perinteisen Kinchin-Pease -mallin ennustetta, ja oikeanpuolinen uutta mallia, joka kuvaa korrektisti sitä, että todellisuudessa lopullisten säteilyvaurioiden määrä on paljon pienempi kuin perinteinen malli kuvaa.

Lähde
Improving atomic displacement and replacement calculations with physically realistic damage models, http://rdcu.be/I1kO, DOI 10.1038/s41467-018-03415-5, Nature Communications, 14.3.2018

Lisätiedot
Professori Kai Nordlund, Helsingin yliopiston,  050 415 6815, @kai_nordlund, kai.nordlund@helsinki.fi
Viestinnän asiantuntija Minna Meriläinen-Tenhu, 050 415 0316, @MinnaMeriTenhu, minna.merilainen@helsinki.fi