Как ученые ядерщики МФТИ пришли к инновационному решению

Российские ученые ядерщики продолжают исследования в сфере атомной энергетики. Они работают над усовершенствованием процессов, чтобы сделать получение энергии более эффективным и безопасным. Недавно они нашли способ для анализа процедуры формирования нанополостей, которые находятся в ядерном топливе. Данная методика также может применяться для других твердых материалов.
Ученые из МФТИ утверждают, что новый способ практически в 10 раз ускоряет и упрощает вычисление значения коэффициента диффузии нанопор для ядерного топлива. Кроме того, специалисты работают над тем, чтобы применить методику для других материалов, которые используются в атомных реакторах и проходят через процесс радиационных повреждений.
В состав ядерного топлива входит порошок из окиси урана, дополненный присадками органического и неорганического типа. Его прессуют в форме таблеток, что весят несколько грамм. Производство, как и применение ядерного топлива в таком виде, является трудоемкой процедурой. Сложность вызывает и то, что на разных этапах распада урана данные капсулы меняют свой состав. Играет роль и взаимодействие радиации на оболочку таблеток. Однако, присадки, что включены в этот порошок, и концентрация в них тяжелых металлов, влияют на длительность расщепления веществ и выработку ими энергии.

Физики-ядерщики уже некоторое время исследуют взаимодействие радиоактивных элементов и мельчайших пустот, которые формируются внутри ядерного топлива. В последних могут оставаться продукты распада в газообразном виде и влиять на скорость процессов и свойства капсул ядерного топлива. Причину возникновения таких пустот ученые пока не знают, усложняет исследование невозможность проследить их образование. Известно только, что формируются они довольно медленно, что в свою очередь не дает проводить короткие по времени эксперименты. Данные факты препятствовали ученым делать расчеты образования пор, используя компьютерную модель. Однако физики из МФТИ заметили, что такие полости напоминают многогранники, они начали исследовать процесс их диффузии, что представляет собой перемещение пор в середине кристаллической решетки атомов окиси урана.
Вследствие того, что диффузия осуществляется крайне медленно, единственный способ повлиять на эти процессы – подтолкнуть нанопоры. Благодаря различным исследованиям и экспериментам, ученые разработали способ, при котором оказывается влияние на материал, что находится вокруг нанопоры. Под действием внешней силы полость начинается подниматься на поверхность, как пузырек в воде.
Благодаря данному открытию стало возможным ускорить расчеты и контролировать формирование нанопор. Новая модель является полезным инструментом для устройств, работающих на ядерном топливе, чтобы повысить безопасность и увеличить эффективность применения атома.