นักวิจัยจากแคนาดาค้นพบว่ามีธาตุซิลิกอนในวัสดุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ TRISO

นักวิจัยจากแคนาดาได้ค้นพบว่ามีธาตุซิลิกอนในวัสดุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ TRISO ซึ่งถูกพบก่อนที่อนุภาคจะเข้าสู่เตาปฏิกรณ์ ผลการค้นพบนี้มาจากการศึกษาของศาสตราจารย์ Samantha Gateman และทีมงานที่มหาวิทยาลัย Western ซึ่งกำลังศึกษาอนุภาคเชื้อเพลิง TRISO เป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่ใหญ่กว่า โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อทำการวิเคราะห์คุณสมบัติทางเคมีของวัสดุนี้ การศึกษาครั้งนี้มีเป้าหมายเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติทางเคมีของวัสดุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เพื่อช่วยในการกำหนดแนวทางการจัดการอย่างปลอดภัยในอนาคต และเพื่อทำความเข้าใจว่ามันจะเสื่อมสภาพอย่างไรตามกาลเวลาอันเนื่องมาจากปฏิกิริยาเคมี

เพื่อที่จะระบุจุดเริ่มต้นของการเกิดสนิมหรือการเสื่อมสภาพของวัสดุฟิชชันและวิธีการที่มันแพร่กระจายไปตามเวลา นักวิจัยหลังปริญญาเอก Soroosh Hakimian และ Shamim Pourrahimi จากห้องปฏิบัติการของ Gateman ได้เริ่มตรวจสอบองค์ประกอบของวัสดุ อนุภาคเชื้อเพลิง TRISO มีขนาดเล็กเท่ากับเมล็ดป๊อปปี้ และถูกห่อหุ้มด้วยชั้นป้องกัน ในการทดลองของพวกเขา ทีมงานพบว่ามีซิลิกอนอยู่ในอนุภาคก่อนที่จะมีการเกิดรังสี

การค้นพบซิลิกอนที่น่าทึ่ง

Gateman กล่าวว่า "เราพบซิลิกอนในอนุภาคเชื้อเพลิง แม้กระทั่งก่อนที่มันจะเข้าสู่เตาปฏิกรณ์ ซึ่งหมายความว่าเมื่อเราพบซิลิกอนในเชื้อเพลิงที่มีรังสี เราไม่สามารถสันนิษฐานได้โดยอัตโนมัติว่ามันมาจากการเคลื่อนที่ของซิลิกอนจากชั้นซิลิคอนคาร์ไบด์" นักวิจัยชี้ให้เห็นว่าการค้นพบนี้น่าประหลาดใจ เนื่องจาก TRISO ถือเป็นการออกแบบเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งที่สุดในประวัติศาสตร์ โดยอนุภาคเชื้อเพลิงแต่ละชิ้นมีการออกแบบหลายชั้นเพื่อป้องกันผลิตภัณฑ์ฟิชชันที่มีรังสี

การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าซิลิกอนปรากฏในเชื้อเพลิง TRISO หลังจากถูกเปิดเผยต่ออุณหภูมิและรังสีที่รุนแรงในเตาปฏิกรณ์ ในการศึกษานั้น ซิลิกอนที่เคลื่อนที่มาจากชั้นป้องกันซิลิคอนคาร์ไบด์รอบๆ ถูกพิจารณาว่าเป็นแหล่งที่มาของการค้นพบ อย่างไรก็ตาม การศึกษาล่าสุดของ Gateman และทีมงานแสดงให้เห็นว่าซิลิกอนมีอยู่ก่อนที่เชื้อเพลิงจะเข้าสู่เตาปฏิกรณ์

อนุภาคซิลิกอนในกระบวนการผลิต

ตามที่นักวิจัยกล่าว การค้นพบนี้ได้ตั้งมาตรฐานใหม่ในการเข้าใจการเปลี่ยนแปลงของซิลิกอนในระหว่างการทำงานของเตาปฏิกรณ์ Gateman กล่าวในแถลงการณ์ว่า นอกจากนี้ยังตั้งคำถามใหม่ว่า วัสดุนี้เข้ามาในอนุภาคเชื้อเพลิงได้อย่างไรในตอนแรก Gateman กล่าวว่าการค้นพบนี้ทำให้ทีมงานต้องกลับไปพิจารณากระบวนการผลิตเชื้อเพลิง วัสดุฟิชชันถูกสร้างขึ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่า sol-gel ในกระบวนการนี้ วัสดุที่มียูเรเนียมจะถูกทำให้เป็นลูกกลมเล็ก ๆ โดยการจุ่มลงในน้ำมันซิลิกอนร้อน การจุ่มนี้จะเกิดขึ้นก่อนที่อนุภาคจะได้รับการบำบัดด้วยความร้อนและได้รับชั้นป้องกัน

เพื่อที่จะตรวจสอบว่าซิลิกอนเข้ามาในอนุภาคในระหว่างกระบวนการผลิตหรือไม่ ทีมงานได้ศึกษาวัสดุเชื้อเพลิงในสภาพเปลือยและสภาพที่มีการเคลือบอย่างเต็มที่ พวกเขาพบซิลิกอนในทุกขั้นตอน ซึ่งทำให้นักวิจัยรู้สึกประหลาดใจ Gateman กล่าวว่า "สิ่งที่น่าประหลาดใจคือการตระหนักว่าซิลิกอนอาจเกี่ยวข้องกับวิธีการผลิตเชื้อเพลิง จากมุมมองทางเคมี ส่วนประกอบของน้ำมันมีความสำคัญ เนื่องจากวัสดุมีปฏิสัมพันธ์กับมันในระหว่างกระบวนการสร้างอนุภาคเชื้อเพลิง"

นักวิจัยสรุปว่าซิลิกอนที่มีอยู่ใน TRISO ไม่ใช่ผลลัพธ์จากกระบวนการเคลือบในภายหลัง แต่มีอยู่ในกระบวนการผลิตอนุภาคนิวเคลียร์ตั้งแต่แรก ผลการวิจัยเหล่านี้ได้เผยแพร่ในวารสาร Nuclear Materials

ความสัมพันธ์ระหว่างการผลิตและประสิทธิภาพของเชื้อเพลิง TRISO

การศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับเชื้อเพลิง TRISO เปิดเผยการมีอยู่ของซิลิกอนในอนุภาคเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ซึ่งไม่เพียงแต่ท้าทายความเข้าใจเดิมเกี่ยวกับแหล่งที่มาของซิลิกอน แต่ยังอาจมีผลกระทบต่อการออกแบบและความปลอดภัยของเชื้อเพลิงในอนาคต การค้นพบของทีมวิจัยแสดงให้เห็นว่าการมีอยู่ของซิลิกอนมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับกระบวนการผลิตเชื้อเพลิง ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีของวัสดุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ในขณะที่เทคโนโลยีนิวเคลียร์พัฒนา การทำความเข้าใจพฤติกรรมของวัสดุเหล่านี้จึงมีความสำคัญต่อการรับประกันความปลอดภัยและประสิทธิภาพของพลังงานนิวเคลียร์