Ատոմակայաններում, ճառագայթային բժշկության մեջ, տիեզերքի ուսումնասիրության և միջուկային թափոնների մշակման մեջ,ճառագայթային դիմացկուն կնքող նյութերծառայել որպեսվերջին փրկարար գիծըՀամակարգի անվտանգությունն ապահովելու և ռադիոակտիվ արտահոսքերը կանխելու համար: Բարձր էներգիայի մասնիկների և ճառագայթների անընդհատ ռմբակոծության պայմաններում այս նյութերը պետք է պահպանեն կառուցվածքային ամբողջականությունը և աշխատանքային կայունությունը: Դրանց տեխնոլոգիական առաջընթացը անմիջականորեն ազդում է շրջակա միջավայրի անվտանգության և մարդու առողջության վրա:
I. Ռադիացիոն միջավայրերի ծայրահեղ մարտահրավերները. ավանդական ոչնչացումից այն կողմ
- Բարձր էներգիայի մասնիկների հարված.Գամմա ճառագայթները, նեյտրոնային հոսքը և α/β մասնիկները անմիջապես կոտրում են պոլիմերային շղթաները (շղթայական կտրվածք), առաջացնելով խաչաձև կապակցում կամ քայքայում, որը քայքայում է նյութական հիմքերը։
- Սիներգիստական օքսիդատիվ կոռոզիա.Ռադիացիոն դաշտերը հաճախ համակեցության մեջ են ուժեղ օքսիդացման հետ (օրինակ՝ բարձր ջերմաստիճանի ճնշման տակ գտնվող ջուր, ուժեղ թթուներ, ռեակտիվ թթվածին), արագացնելով նյութի ծերացումը և փխրունությունը (ճառագայթային օքսիդացման սիներգիա).
- Ծայրահեղ ճնշում-ջերմաստիճան և քիմիական կոռոզիա.Ռեակտորներում բարձր ջերմաստիճանի/ճնշման ջուրը և քայքայիչ միջուկային թափոնների միջավայրը (օրինակ՝ ազոտական/ֆտորաջրածնային թթու) ստեղծում են բարդ լարվածություններ (ջերմային սողանք, ճնշման ներթափանցում, քիմիական հարձակում).
- Զրոյական արտահոսքի մանդատ.Ատոմային կայաններում ռադիոակտիվ արտահոսքի թույլատրելի մակարդակները գրեթե զրոյական են, որտեղ ավանդական կնիքները աղետալիորեն խափանվում են։
II. Հիմնական տեխնիկական ռազմավարություններ. Նյութական դիզայնի առաջընթացներ
- Բարձր արդյունավետությամբ օրգանական պոլիմերներ. ճշգրիտ նախագծված ճառագայթային մարտիկներ
- Արոմատիկ պոլիմերներ՝
- Պոլիիմիդ (PI):Կոշտ հետերոցիկլիկ կառուցվածքները (օրինակ՝ PMDA-ODA) դիմադրում են շղթայի կտրմանը։ Հիմնական ոսկրային ֆտորացումը մեծացնում է ջերմակայունությունը (>350°C) և այտուցվածության դեմ պայքարը։
- Պոլիէթերեթերկետոն (PEEK):Կիսաբյուրեղային բնույթը դիմադրում է >10⁹ Գյ գամմա ճառագայթման դոզաներին: Ապակե/ածխածնային մանրաթելային ամրացումը (>40%) հաղթահարում է սառը հոսքը:
- Պոլիֆենիլեն սուլֆիդ (PPS):Բարձր խաչաձև կապի խտությունը պահպանում է չափային կայունությունը ճառագայթման տակ: Կերամիկական լցվածությամբ տեսակները գերազանց են գոլորշու դիմադրողականությամբ:
- Մասնագիտացված էլաստոմերներ՝
- Ֆտորռեծածկ (FKM):Պերֆտորէլաստոմերները (FFKM) գերազանցում են 300°C-ը: Նանո-սիլիկահողը (օրինակ՝ Aerosil R974) պահպանում է ճառագայթումից հետո կնքման ուժը:
- Հիդրոգենացված նիտրիլային կաուչուկ (HNBR):Բարձր հագեցվածությունը (>98% հիդրոգենացում) նվազեցնում է օքսիդացման տեղամասերը։ Պերօքսիդային կարծրացումը բարելավում է խաչաձև կապի կայունությունը։
- EPDM ռետինե՝Ոչ բևեռային հիմնական կառուցվածքը նվազեցնում է ճառագայթման զգայունությունը: Միջուկային կարգի բանաձևերը (օրինակ՝ ռադիկալների կլանիչները) հասնում են ցածր արտահոսքի 10⁸ Gy ճնշման դեպքում:
- Արոմատիկ պոլիմերներ՝
- Անօրգանական ոչ մետաղական համակարգեր. ներքին ճառագայթային անձեռնմխելիություն
- Կերամիկական մատրիցային կոմպոզիտներ՝
- Ալյումինի/սիլիցիումի նիտրիդի կնքման օղակներ՝Բարձր հալման կետը (>2000°C) և ներքին քիմիական իներտությունը դիմադրում են ճառագայթմանը: Ճշգրիտ սինտերացումը (>99.5% խտություն) հնարավորություն է տալիս ունենալ միջուկային պոմպի զրոյական արտահոսքի կնիքներ:
- Ճկուն գրաֆիտային փաթեթավորում.Բարձր մաքրության ընդարձակված գրաֆիտը (>99.9% ածխածին) ձևավորում է ճառագայթմանը դիմացկուն միկրոբյուրեղային կառուցվածքներ: Միջուկային տեսակների համար անհրաժեշտ է AMS 3892 ռադիոլոգիական ախտահանման հավաստագիր:
- Մետաղ-կերամիկական ֆունկցիոնալ աստիճանավորված նյութեր (ՖԿՆ):Պլազմայով ցողված ցիրկոնիումի/Հաստելլոյի շերտերը (10-100 մկմ անցումային գոտիներ) կանխում են ջերմային ցնցումից առաջացող ճաքերը։
- Կերամիկական մատրիցային կոմպոզիտներ՝
- Մետաղական մատրիցային համակարգեր. Ինժեներական դիմադրողականություն
- Բարձր նիկելի համաձուլվածքով փչակներ՝Լազերային եռակցմամբ Inconel 625/718 փամփուշտները (0.1-0.3 մմ պատ) դիմանում են >10⁹ հոգնածության ցիկլերին ռեակտորի սառեցնող հեղուկի պոմպերում։
- Արծաթապատ մետաղական միջադիրներ՝Ցածր ածխածնային պողպատի (08F) վրա 0.1 մմ Ag շերտով միջուկային փականի միջադիրները ապահովում են >300 ՄՊա կնքման ճնշում։
III. Առավելագույն արդյունավետության մատրից. Տվյալների վրա հիմնված հուսալիության ապահովում
| Հողատարածք | Միջուկային որակի պոլիմերներ | Կերամիկական կնիքներ | Մետաղական համակարգեր |
|---|---|---|---|
| Գամմա դիմադրություն | >10⁹ Գայ (PEEK) | >10¹⁰ Գայ | >10⁹ Գայ |
| Նեյտրոնային հոսքի սահմանը | 10¹⁷ ն/սմ² | >10²¹ ն/սմ² | >10¹⁹ ն/սմ² |
| Ջերմաստիճանի միջակայք | -50~+350°C (FFKM) | >1200°C (SiC) | -200~+800°C |
| Կնքման ճնշում | 45 ՄՊա (PEEK փականի նստատեղ) | 100 ՄՊա (SiC դեմքի կնիք) | 250 ՄՊա (բարձր P-ի փական) |
| Հելիումի արտահոսքի արագություն | <10⁻⁹ մբ·լ/վ | <10⁻¹² մբ·լ/վ | <10⁻¹¹ մբ·լ/վ |
IV. Կարևորագույն կիրառություններ. միջուկային անվտանգության պահապաններ
- Ատոմային էլեկտրակայանի միջուկը.
- Ռեակտորի անոթի մետաղական օ-օղակներ (Inconel 718 + Ag ծածկույթ)
- Սառեցնող հեղուկի պոմպի տանդեմային կնիքներ (SiC/SiC զույգեր)
- Կառավարման ձողի շարժիչի զսպանակավոր կնիքներ (միջուկային PEEK)
- Ատոմային թափոնների վերամշակում.
- Բարձր մակարդակի թափոնների բաքի արծաթե միջադիրների համակարգեր
- Ապակենման վառարանի փականի կնիքներ (կերամիկական կոմպոզիտ)
- Ճառագայթային բժշկություն.
- Պրոտոնային թերապիայի դարպասային դինամիկ կնիքներ (ճառագայթային մոդիֆիկացված PTFE)
- Գամմա դանակի աղբյուրի պարկուճ՝ կրկնակի մետաղական կնիքներով
- Խորը տիեզերքի միջուկային էներգիա.
- Ռադիոիզոտոպային ջերմաէլեկտրական գեներատորի (RTG) բազմաշերտ մեկուսացման կնիքներ
- Միջուկային ջերմային շարժիչի ջրածնային միջավայրի կնիքներ
V. Առաջադեմ առաջընթացներ. նյութագիտության սահմաններ
- Ինքնաբուժվող կնիքներ՝Միկրոկապսուլացված նյութերը (օրինակ՝ DCPD + Գրաբսի կատալիզատոր) հնարավորություն են տալիս տեղում վերականգնել ճառագայթային վնասը։
- Նանո-կոմպոզիտային առաջընթացներ.Բորի նիտրիդային նանոշերտ (BNNS)-ով ամրացված PI թաղանթները պահպանում են >90% հետճառագայթային ամրություն։
- 4D տպիչով տպված FGM-ներ՝Տարածականորեն աստիճանավորված կոշտությունը հարմարվում է տեղայնացված ճառագայթման ազդեցությանը։
- HPC նյութերի դիզայն.Մոլեկուլային դինամիկայի մոդելավորումները կանխատեսում են միլիոնավոր տարվա ճառագայթային ծերացումը։
Եզրակացություն. ծայրահեղ շրջակա միջավայրի անվտանգության հիմքը
Ռեակտորների միջուկներից մինչև խորը տիեզերք, ճառագայթահարման դիմացկուն մեկուսիչ նյութերը հեղափոխական նորարարությունների միջոցով անվտանգության հիմքն են։ Քանի որ IV սերնդի ռեակտորները, միաձուլման սարքերը և միջաստղային առաքելությունները զարգանում են, ջերմաստիճանի բարձր դիմադրության, ճառագայթահարման նկատմամբ դիմադրողականության և երկարակեցության պահանջները սրվում են։ Միայն նյութագիտության անդադար նորարարությունների միջոցով մենք կարող ենք ստեղծել անթափանց վահան մարդկության կողմից միջուկային տեխնոլոգիաների խաղաղ օգտագործման համար։
Հրապարակման ժամանակը. Հուլիս-12-2025