Một bước tiến mới trong một phương pháp được phát triển bởi các nhà nghiên cứu thuộc Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) có thể cho phép theo dõi liên tục với độ chính xác cao các vật liệu trong môi trường phóng xạ cao. Phương pháp mới này có thể cho phép những vật liệu này ở nguyên vị trí trong một thời gian lâu hơn, không cần đến việc thay thế bảo vệ. Nó cũng có thể đẩy nhanh quá trình nghiên cứu cho các loại vật liệu mới được cải tiến đối với các môi trường khắc nghiệt.
Phương pháp mới này được đăng trên tạp chí Applied Physics Letters, trong một bài báo của Phó giáo sư khoa học và kỹ thuật hạt nhân Michael Short cùng với sinh viên Cody Dennet. Nghiên cứu này phát triển từ một nghiên cứu trước đó của nhóm mà mô tả bài toán chuẩn của phương pháp này, được gọi là phổ quang học nhiễu xạ chuyển tiếp (TGS – Transient Grating Spectrocopy) cho các vật liệu hạt nhân. Nghiên cứu mới này chỉ ra rằng công nghệ này thực sự có thể thực hiện với độ phân giải thời gian và độ nhạy cao mà các tính toán và kiểm tra trước đó đã chứng minh có thể phát hiện các khuyết tật vô cùng nhỏ.
“Toàn bộ mục đích của chúng tôi là để theo dõi các vật liệu biến đổi thế nào khi bị phơi nhiễm phóng xạ,” Short giải thích, “nhưng thực hiện bằng cách theo dõi trực tiếp,” mà không cần yêu cầu phải lấy các mẫu ra khỏi môi trường phóng xạ và kiểm tra trong các thiết bị ở ngoài. Một quá trình như vậy có thể tốn kém về tiền bạc và thời gian, và không cung cấp thông tin về các quá trình hư hỏng xảy ra theo thời gian.
Phương pháp kiểm tra mới này có thể cho thấy các thay đổi, ví dụ như về đặc tính cơ học và nhiệt mà có thể ảnh hưởng tới đặc tính của vật liệu khi nhiệt độ hoặc sự dao động tăng cao. “Những gì chúng tôi đang hướng tới đó là một hệ thống chuẩn đoán thời gian thực mà có thể hoạt động trong điều kiện phóng xạ,” Short cho biết.
Short cho biết thêm, các công việc của họ trước đó chỉ ra rằng kỹ thuật này có thể xác định các thay đổi gây ra bởi phóng xạ. Nghiên cứu mới này, bao gồm một chút thay đổi trong phương pháp giúp nó có thể thực hiện các phép đo với tốc độ cao dưới các điều kiện động học, thời gian thực và để cung cấp các thông tin chi tiết cần thiết cho hệ giám sát thực tế.
Hình minh họa quá trình theo dõi trực tiếp vật liệu chiếu xạ
Phương pháp này thực hiện mà không cần sự tiếp xúc vật lý nào giữa thiết bị kiểm tra và các bề mặt kim loại đang được kiểm tra. Thay vào đó, nó dựa vào các đầu dò quang học sử dụng một bộ phát chùm tia lase để kích thích các dao động trên bề mặt vật liệu và các chùm lase khác để xác định các đặt tính của những dao động này bằng cách sử kỹ thuật chùm tia giao thoa, mà có thể cung cấp chi tiết không chỉ các đặc tính bề mặt mà cả phần vật liệu chính.
“Kỹ thuật này cũng có thể ứng dụng rộng rãi trong việc đo đạc các loại vật liệu khác,” các nhà nghiên cứu cho biết. Ví dụ, nó có thể được sử dụng để theo dõi đặc tính các vật liệu biến đổi pha mà đang được phát triển cho các loại lưu giữ dữ liệu từ trường mới.
“Khả năng để thực hiện việc đặc trưng hóa các hệ thống thay đổi về mặt động học là mối quan tâm của một cộng đồng các nhà nghiên cứu vật liệu,” Dennett cho biết. Khi mà nhóm này công bố chi tiết các nghiên cứu ban đầu, các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đã liên lạc với nhóm, yêu cầu giúp đỡ cách áp dụng kỹ thuật này với các loại vật liệu và môi trường khác.
“Về mặt ý tưởng chúng ta có các ứng dụng cụ thể cho các bước tiếp theo,” Dennett nói, “nhưng quá trình thực hiện tương đối dễ khiến phương pháp trở nên thú vị đối với các nhà khoa học vật liệu.”
So với các phương pháp nghiên cứu những sự thay đổi của vật liệu gây bởi phóng xạ hiện nay, cần phải sử dụng các loại mẫu đa dạng chiếu xạ trong khoảng thời gian dài trước khi kiêm tra. Short cho biết, kỹ thuật này có thể cung cấp “nhiều dữ liệu hơn từ một mẫu, trong một thí nghiệm, trong khoảng 1% thời gian tiêu tốn đó.”
Khả năng để thực hiện bước kiểm tra nhanh sẽ là một lợi ích quan trọng đối với những nỗ lực để phát triển các loại vật liệu mới cho các thế hệ lò phản ứng hạt nhân mới, Dennett nói. Hiện nay, quá trình phát triển như vậy là một quá trình chậm và khó khăn, bởi vì, thậm chí ngay cả một sự thay đổi nhỏ trong tỉ lệ phần trăm tương đối của các kim loại hợp kim khác nhau có thể ảnh hưởng lớn tới các đặc tính của vật liệu. Khả năng của kỹ thuật mới này để cung cấp các câu trả lời nhanh, thời gian thực có thể mở ra nhiều khả năng rộng hơn để phát triển và cải tiến các lựa chọn mới.
“Có nhiều nhóm đang nghiên cứu về nhiều loại hợp kim chống phóng xạ,” Short nói, “nhưng đó là một quá trình lâu dài. Thay vào đó, phương pháp này cho phép bạn tạo ra nhiều sự dao động và kiểm tra chúng khi bạn đang di chuyển.” Phương pháp này có thể cho phép các nhà nghiên cứu tiếp cận với dữ liệu đặc trưng quan trọng trên các vật liệu mới “chỉ trong khoảng thời gian là các tuần thay vì hàng năm,” Short nhấn mạnh.
Đoàn Mạnh Long, Phòng Giáo vụ và Đào tạo
Nguồn: http://www.spacedaily.com/reports/New_method_allows_real_time_monitoring_of_irradiated_materials_999.html