Teknologi Baru Amerika Serikat Mempersingkat Waktu Pengujian Bahan Reaktor Nuklir Menjadi Enam Jam

Dengan beroperasinya sebuah stasiun pengujian sinar-X terpadu, waktu evaluasi bahan yang diperlukan untuk reaktor nuklir generasi berikutnya telah dipersingkat menjadi sekitar enam jam, bukan lagi beberapa hari seperti sebelumnya. Sistem ini dan data kinerjanya telah dijelaskan secara rinci dalam jurnal "Synchrotron Radiation News". Para insinyur telah menerapkan pengaturan ini pada garis sinar difraksi sinar-X serbuk di Laboratorium Nasional Brookhaven, yang merupakan bagian dari Sumber Cahaya Sinkrotron Nasional II. Peralatan ini menggabungkan empat mode tomografi komputer independen menjadi satu tahap pengujian. Oleh karena itu, peneliti dapat mengamati bentuk fisik, komposisi unsur, dan susunan atom suatu objek secara bersamaan, tanpa perlu memotong atau merusak bahan target.

Komponen nuklir harus tetap utuh selama beberapa dekade di bawah tekanan operasional yang ekstrem. Medan radiasi tinggi, tekanan mekanis, suhu tinggi, dan korosi kimia secara bertahap akan merusak elemen bahan bakar dan wadahnya. Memahami perubahan struktur mikro ini adalah hal yang diperlukan bagi para insinyur sebelum mereka dapat mensertifikasi desain reaktor baru.

Kapasitas Pengujian Teknologi Baru

Tomografi komputer mampu membangun tampilan tiga dimensi dari pola struktur internal tanpa melakukan pemotongan fisik. Secara historis, mendapatkan gambar analisis lengkap memerlukan operator untuk memindahkan sampel ke beberapa instrumen berbeda untuk pengujian individu. Gesekan logistik ini menyebabkan eksperimen diperpanjang hingga beberapa hari, dan sulit untuk memeriksa area yang sama persis di bawah kondisi pengujian yang berbeda. Situs baru mengatasi masalah ini dengan memfokuskan sinar-X energi tinggi atau "keras" menjadi berkas sempit selebar 15 mikrometer, yang setara dengan seperempat ketebalan rambut manusia. Sinar-X keras memiliki kemampuan untuk menembus materi berat yang padat, termasuk baja struktural reaktor dan bahan bakar aktinida radioaktif seperti uranium.

Berkas sinar yang sempit memberikan resolusi spasial yang diperlukan untuk mengukur area yang sangat teratur dan area yang tidak teratur dalam sampel tunggal.

Selama siklus pengujian, empat mode pencitraan instrumen dapat merekam fitur fisik yang berbeda secara bersamaan. Tomografi sinar-X absorpsi mencatat perubahan densitas dalam sampel, mengungkapkan pembentukan rongga, retakan, dan void internal. Sementara itu, tomografi fluoresensi sinar-X melacak karakteristik unsur dan memetakan lokasi unsur kimia tertentu dalam volume sampel. Tomografi difraksi sinar-X menargetkan area kristal yang teratur, mengukur pola geometris yang dibentuk oleh kisi atom internal. Tomografi fungsi distribusi pasangan menganalisis area non-kristalin yang tidak teratur, mendeskripsikan struktur atom tingkat detail yang kekurangan pola kisi yang teratur.

Simerjeet Gill, Wakil Direktur Divisi Sains dan Keamanan Nuklir Brookhaven dan salah satu penulis makalah baru, mengatakan, "Dengan melakukan keempat teknik ini secara bersamaan, kami dapat menentukan secara akurat lokasi perubahan kimia ini dan menghubungkannya dengan perubahan kekuatan dan kerapuhan material. Hubungan struktur-komposisi-sifat inilah yang ingin kami pahami dalam penelitian material nuklir."

Pengembangan Masa Depan

Untuk memverifikasi kemampuan situs tersebut, para peneliti membuat sampel evaluasi yang menggabungkan kawat logam dengan diameter dan komposisi kimia yang berbeda dengan bubuk. Percobaan membuktikan bahwa situs tersebut mampu merekam posisi atom, distribusi unsur, dan batas fisik secara bersamaan dalam waktu enam jam. Saat ini sedang dilakukan pengembangan untuk melengkapi detektor terbaru, dengan tujuan mempersingkat waktu pemindaian keseluruhan menjadi kurang dari 30 menit. Selain material reaktor, para ilmuwan juga memanfaatkan sistem ini untuk mempelajari media filter berpori untuk pengolahan air lingkungan dan mengevaluasi perubahan internal dalam baterai selama siklus pengisian.

Peningkatan Efisiensi dan Prospek Aplikasi Pengujian Material Nuklir

Dengan kemajuan teknologi pengujian material reaktor nuklir, waktu pengujian telah berkurang secara signifikan menjadi enam jam, yang sangat penting untuk keamanan dan efisiensi industri nuklir. Kemampuan serbaguna sistem baru memungkinkan peneliti untuk mendapatkan berbagai data secara bersamaan, yang tidak hanya meningkatkan akurasi pengujian tetapi juga mengurangi waktu penanganan sampel yang diperlukan. Dengan perkembangan teknologi lebih lanjut, diharapkan waktu pemindaian dapat dipersingkat menjadi 30 menit, yang akan memberikan lebih banyak kemungkinan untuk evaluasi cepat material nuklir dan penelitian lingkungan, selanjutnya mendorong perkembangan teknologi nuklir dan terkait.