የጨረር መቋቋም የሚችሉ የማተሚያ ቁሳቁሶች፡- በከባድ አካባቢዎች ውስጥ ወሳኝ እንቅፋት

በኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች፣ በጨረር ሕክምና፣ በጠፈር ምርምር እና በኑክሌር ቆሻሻ ሕክምና ውስጥ፣ጨረርን የሚቋቋሙ የማሸጊያ ቁሳቁሶችእንደ ሆነው አገልግሉየመጨረሻው የህይወት መስመርየስርዓት ደህንነትን ለማረጋገጥ እና የራዲዮአክቲቭ ፍሳሾችን ለመከላከል። እነዚህ ቁሳቁሶች በከፍተኛ ኃይል ቅንጣቶች እና ጨረሮች ያለማቋረጥ በሚፈነዱበት ጊዜ መዋቅራዊ ታማኝነትን እና የአፈጻጸም መረጋጋትን መጠበቅ አለባቸው። የቴክኖሎጂ እድገቶቻቸው በቀጥታ የአካባቢ ደህንነትን እና የሰውን ጤና ይነካሉ።

.I. የጨረር አካባቢዎች እጅግ በጣም ከባድ ተግዳሮቶች፡- ከተለመደው ጥፋት ባሻገር.

• .ከፍተኛ የኃይል ቅንጣት ተጽእኖ፦የጋማ ጨረሮች፣ የኒውትሮን ፍሰት እና የα/β ቅንጣቶች በቀጥታ የፖሊመር ሰንሰለቶችን ይሰብራሉ (የሰንሰለት ቁርጥራጭ)፣ የቁሳዊ መሠረቶችን የሚያፈርስ ተሻጋሪ ትስስር ወይም መበስበስን ያስከትላል።
• .ሲነርጂስቲክ ኦክሲዳቲቭ ዝገት፦የጨረር መስኮች ብዙውን ጊዜ ከጠንካራ ኦክሳይድ (ለምሳሌ፣ ከፍተኛ ሙቀት ያለው ግፊት ያለው ውሃ፣ ጠንካራ አሲዶች፣ ምላሽ ሰጪ ኦክስጅን) ጋር አብረው ይኖራሉ፣ የቁሳቁስ እርጅናን እና መበላሸትን ያፋጥናሉ (የጨረር-ኦክሳይድ ቅንጅት).
• .ከፍተኛ ግፊት-ሙቀት እና ኬሚካል ዝገት፡በሪአክተሮች እና በቆርቆሮ የኑክሌር ቆሻሻ ሚዲያዎች ውስጥ ከፍተኛ የሙቀት መጠን/ግፊት ያለው ውሃ (ለምሳሌ ናይትሪክ/ሃይድሮፍሎሪክ አሲድ) የተወሳሰቡ ጭንቀቶችን ይፈጥራሉ (የሙቀት መንሸራተት፣ የግፊት ዘልቆ መግባት፣ የኬሚካል ጥቃት).
• .የዜሮ-ፍሳሽ ግዴታ፦በኑክሌር ተቋማት ውስጥ የሚፈቀዱ የራዲዮአክቲቭ ፍሳሽ መጠኖች ወደ ዜሮ የሚጠጉ ናቸው፣ በዚህ ቦታ የተለመዱ ማኅተሞች በአስከፊ ሁኔታ ይወድቃሉ።

.II. ዋና የቴክኒክ ስልቶች፡ በቁሳቁስ ዲዛይን ውስጥ ያሉ ግኝቶች.

1. .ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸው ኦርጋኒክ ፖሊመሮች፡- በትክክለኛነት የተገነቡ የጨረር ተዋጊዎች.
   • .መዓዛ ያላቸው ፖሊመሮች፦.
     • .ፖሊይሚድ (PI):ጠንካራ የሆኑ ሄትሮሳይክሊክ አወቃቀሮች (ለምሳሌ፣ PMDA-ODA) የሰንሰለት መቆራረጥን ይቋቋማሉ። የጀርባ አጥንት ፍሎራይድ የሙቀት መቋቋምን (>350°ሴ) እና እብጠትን የመከላከል አቅምን ያሻሽላል።
     • .ፖሊኤተሬተርኬቶን (PEEK):ከፊል-ክሪስታሊን ተፈጥሮ ከ10⁹ ጂ በላይ የጋማ መጠንን ይቋቋማል። የመስታወት/ካርቦን ፋይበር ማጠናከሪያ (>40%) ቀዝቃዛ ፍሰትን ያሸንፋል።
     • .ፖሊፌኒሊን ሰልፋይድ (PPS):ከፍተኛ የመስቀለኛ መንገድ ጥግግት በጨረር ስር ያለውን የልኬት መረጋጋት ይጠብቃል። በሴራሚክ የተሞሉ ደረጃዎች በእንፋሎት መቋቋም ረገድ በጣም የተሻሉ ናቸው።
   • .ልዩ ኤላስቶመሮች፦.
     • .ፍሎሮሩበር (ኤፍኬኤም)፦ፐርፍሎሮኤላስቶመርስ (FFKM) ከ300°ሴ ይበልጣል። ናኖ-ሲሊካ (ለምሳሌ፣ ኤሮሲል R974) የጨረር ማኅተምን የድህረ-ጨረር የማኅተም ኃይልን ይጠብቃል።
     • .ሃይድሮጂን የተደረገበት ናይትሬል ጎማ (HNBR):ከፍተኛ ሙሌት (ከ98% በላይ ሃይድሮጂንነት) የኦክሳይድ ቦታዎችን ይቀንሳል። የፐርኦክሳይድ ማከሚያ የመስቀለኛ አገናኝ መረጋጋትን ያሻሽላል።
     • .የኢፒዲኤም ጎማ፦​ ዋልታ የሌለው የጀርባ አጥንት የጨረር ትብነትን ይቀንሳል። የኑክሌር ደረጃ ቀመሮች (ለምሳሌ፣ ራዲካል ስካቬንጀርስ) በ10⁸ Gy ዝቅተኛ ፍሳሽ ያስገኛሉ።
2. .ኢንኦርጋኒክ ያልሆኑ የብረት ስርዓቶች፡ ውስጣዊ የጨረር መከላከያ.
   • .የሴራሚክ ማትሪክስ ውህዶች፡.
     • .የአሉሚና/ሲሊከን ናይትሬድ ማኅተም ቀለበቶች፡ከፍተኛ የማቅለጥ ነጥብ (>2000°ሴ) እና ውስጣዊ የኬሚካል ኢንተለጀንስ ጨረርን የሚቋቋም። ትክክለኛ የሲንቴሪንግ (>99.5% ጥግግት) ዜሮ-ፍሳሽ የኑክሌር ፓምፕ ማኅተሞችን ያስችላል።
     • .ተለዋዋጭ የግራፋይት ማሸጊያ፡ከፍተኛ ንጽህና ያለው የተስፋፋ ግራፋይት (>99.9% ካርቦን) ለጨረር የሚቋቋም የማይክሮክሪስታሊን መዋቅሮችን ይፈጥራል። የኑክሌር ደረጃዎች የAMS 3892 የራዲዮሎጂካል ማጽጃ ማረጋገጫ ያስፈልጋቸዋል።
   • .በብረት-ሴራሚክ በተግባራዊ ደረጃ የተሰጣቸው ቁሳቁሶች (FGM)፦በፕላዝማ የተረጨ ዚርኮኒያ/ሃስቴሎይ ንብርብሮች (ከ10-100 μm የሽግግር ዞኖች) የሙቀት ድንጋጤ መሰንጠቅን ይከላከላሉ።
3. .የሜታል ማትሪክስ ስርዓቶች፡ የተነደፉ የመቋቋም አቅም.
   • .ከፍተኛ-ኒኬል አሎይ ቤሎውስ፦በሌዘር የተበየደ ኢንኮኔል 625/718 ቤሎዎች (0.1-0.3ሚሜ ግድግዳ) በሪአክተር ማቀዝቀዣ ፓምፖች ውስጥ ከ10⁹ የድካም ዑደቶችን ይቋቋማሉ።
   • .የብር ክላድ የብረት ጋኬቶች፦0.1ሚሜ የአሲድ ንብርብር ያላቸው የኑክሌር ቫልቭ ጋኬቶች በዝቅተኛ የካርቦን ብረት (08F) ላይ ከ300 MPa በላይ የማተሚያ ጫናዎችን ያስገኛሉ።

.III. ከፍተኛ የአፈጻጸም ማትሪክስ፡ በመረጃ ላይ የተመሰረተ አስተማማኝነት ማረጋገጫ.

.IV. ወሳኝ አፕሊኬሽኖች፡ የኑክሌር ደህንነት ጠባቂዎች.

• .የኑክሌር ኃይል ማመንጫ ማዕከል፦.
  • የሬአክተር ዕቃ የብረት ኦ-ሪንግ (ኢንኮኔል 718 + አግ ሽፋን)
  • የማቀዝቀዣ ፓምፕ ታንደም ማህተሞች (የSiC/SiC ጥንዶች)
  • የመቆጣጠሪያ ሮድ ድራይቭ ስፕሪንግ-ኢነርጂዝድ ማህተሞች (ኑክሌር PEEK)
• .የኑክሌር ቆሻሻ ማቀነባበሪያ፦.
  • ከፍተኛ ደረጃ ያለው የቆሻሻ ማጠራቀሚያ የብር ጋኬት ስርዓቶች
  • የቪትሪፊኬሽን ምድጃ ቫልቭ ማኅተሞች (የሴራሚክ ኮምፖስት)
• .የጨረር ሕክምና፦.
  • ፕሮቶን ቴራፒ ጋንትሪ ዳይናሚክ ሴልስ (በጨረር የተሻሻለ PTFE)
  • የጋማ ቢላዋ ምንጭ ካፕሱል ባለሁለት የብረት ማኅተሞች
• .ጥልቅ የጠፈር የኑክሌር ኃይል፦.
  • የራዲዮሶቶፕ ቴርሞኤሌክትሪክ ጀነሬተር (RTG) ባለብዙ ሽፋን መከላከያ ማኅተሞች
  • የኑክሌር ቴርማል ፕሮፐልሽን ሃይድሮጂን የአካባቢ ማኅተሞች

.ቪ. ዘመናዊ እድገቶች፡ የቁሳቁስ ሳይንስ ድንበሮች.

• .ራስን የሚፈውሱ ማኅተሞች፦ማይክሮ-ኢንካፕሱትድ ኤጀንቶች (ለምሳሌ፣ DCPD + Grubbs catalyst) በቦታ ውስጥ የጨረር ጉዳት ጥገናን ያስችላሉ።
• .ናኖ-ኮምፖዚት ስኬቶች፡የቦሮን ናይትራይድ ናኖሼት (BNNS) የተጠናከረ የፒአይ ፊልሞች ከጨረር በኋላ ከ90% በላይ ጥንካሬን ይጠብቃሉ።
• .በ4D የታተሙ የሴት ብልት ግርዛት፡በቦታ ደረጃ የተሰጠው ግትርነት ከአካባቢያዊ የጨረር መጋለጥ ጋር ይጣጣማል።
• .የHPC ቁሳቁስ ዲዛይን፡የሞለኪውላር ተለዋዋጭነት ማስመሰያዎች በሚሊዮን ዓመት የሚቆጠር የጨረር እርጅናን ይተነብያሉ።

.ማጠቃለያ፡ የከፍተኛ የአካባቢ ደህንነት መሰረት.
ከሬአክተር ኮሮች እስከ ጥልቅ ቦታ፣ የጨረር መቋቋም የሚችሉ የማተሚያ ቁሳቁሶች በአብዮታዊ ፈጠራ አማካኝነት ለደህንነት መሰረት ናቸው። የጄን-IV ሪአክተሮች፣ የውህደት መሳሪያዎች እና የኢንተርስቴላር ተልእኮዎች እየገፉ ሲሄዱ፣ ለከፍተኛ የሙቀት መቋቋም፣ ለጨረር መቻቻል እና ለረጅም ጊዜ የመቆየት ፍላጎቶች እየጨመሩ ይሄዳሉ። የሰው ልጅ የኑክሌር ቴክኖሎጂን በሰላም እንዲጠቀም የማይበገር ጋሻ መፍጠር የምንችለው በማያቋርጥ የቁሳቁስ ሳይንስ ፈጠራ ብቻ ነው።