基于激光的系统实现材料辐射损伤实时监测
- 基于暂态光栅光谱学的新系统实时检测材料辐射诱导变化。
- 现有技术完全表征给定材料需半年，新系统仅需一天。
核电站核心等高辐射环境要求极高材料质量。材料微观结构及其在核设施中的性能随运行年限剧烈变化。
大多数材料因增强沉淀、体积膨胀、弹道包含物溶解、辐射辅助应力腐蚀开裂、增强偏析而失效。
测试材料耐受此类恶劣环境能力的现有方法效果不佳。依赖“烹饪并观察”法：材料置于高辐射环境后取出仔细检查。过程极耗时，延缓新反应堆先进材料开发。
为解决此问题，MIT和桑迪亚国家实验室研究团队构建新系统，能有效实时追踪辐射诱导变化，提供比传统技术更多洞见。
因众多核设施接近运行寿命末期，技术可帮助决定哪些核电站可安全延期运行多久。
测试材料的新方式
新激光系统依赖暂态光栅光谱学 (TGS)——测量准粒子传播的光学技术。可检测材料物理变化（含热扩散率和弹性），不损伤或改变其性质。
团队测试此法约两年。现系统可提供准确数据帮助工程师理解反应堆容器内材料随时间降解机制。
参考：ScienceDirect | doi:10.1016/j.nimb.2018.10.025 | MIT
这是首次用TGS密切观察辐射造成损伤。可检测材料属性运行期间是否变化，如响应应力能力或导热能力。
为复制辐射环境，研究人员用离子束模拟中子轰击效应，以类似实际反应堆方式损伤材料但更安全、更易控制。用6兆伏离子加速器在数小时内模拟多年中子照射。
桑迪亚国家实验室安装测试的新系统 | 图片来源：Cody Dennett
测量通过激光束模拟材料振动，再用另一激光观测表面振动。此测量也可确定其他相关属性，如给定材料损伤累积和缺陷。
因系统实时监测材料，可在任何关键时刻停止实验详细研究损伤。也允许工程师定位故障背后机制原因。
传统方法需数月找到触发降解初始因素。新系统仅需几小时。据报告，给定材料完全表征仅需一天，现有技术需近半年。
下一步？
迄今研究人员在两种纯金属测试系统：钨和镍。未来几月将测试其他金属和各类合金。
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团队也在进一步改进系统能力，增加更多诊断工具调查辐射暴露材料更多属性。
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