Araştırmacılar, reaktöre girişten önce nükleer malzeme içinde silisyum tespit etti; bu ‘süper ağır’ element şundan kaynaklanıyor

Kanadalı araştırmacılar, TRISO adı verilen dayanıklı bir nükleer yakıt malzemesinin içinde silisyum buldu; bu bulgu, pelletlerin bir reaktöre ulaşmasından önce gerçekleşti.

Bu bulgu, Profesyonel Samantha Gateman ve ekibinin Western Üniversitesi’nde gerçekleştirdiği çalışmalar sonucunda ortaya çıktı; ekip, malzemenin kimyasını karakterize etmeyi amaçlayan daha büyük bir projenin parçası olarak TRISO yakıt partiküllerini inceliyordu.

Araştırma, nükleer yakıt malzemesinin kimyasını incelemeyi ve böylece daha güvenli gelecekteki bertaraf işlemlerine yol göstermeyi ve malzemenin zamanla kimyasal tepkimeler yoluyla nasıl parçalandığını anlamayı hedefliyordu.

Silisyum, ışınlamadan önce bulundu

Kırılabilir malzemenin paslanması veya bozulmasının nerede başladığını ve bunun zamanla nasıl yayıldığını belirlemek için Gateman’ın laboratuvarındaki doktora sonrası araştırmacılar Soroosh Hakimian ve Shamim Pourrahimi, malzemenin bileşimini incelemeye başladı.

TRISO, koruyucu bir kaplama ile çevrili, haşhaş tohumu büyüklüğünde uranyum yakıt pelletlerinden oluşur. Deneylerinde ekip, silisyumu ışınlamadan önce çekirdeklerde buldu.

“Silisyumu, yakıt çekirdeği hiç reactor içinde bulunmadan önce bulduk. Bu da bize, ışınlanmış yakıtın içinde silisyum gördüğümüzde, bunun otomatik olarak silikon-karbit kaplamadan oraya taşınmış olduğunu varsayamayız diyor,” dedi Gateman.

Araştırmacılar, bu bulgunun şaşırtıcı olduğunu belirtti; çünkü TRISO, geliştirilen en dayanıklı nükleer yakıt tasarımlarından biri olarak kabul ediliyor. Her bir küçük yakıt çekirdeği, radyoaktif fisyon ürünlerini içinde tutmayı amaçlayan çok katmanlı yapıyla çevrili.

Daha önceki çalışmalar, TRISO yakıtında, reactor içinde aşırı sıcaklıklar ve radyasyon maruz kalmasının ardından silisyum bulunduğunu göstermişti. Bu çalışmalarda, reaktör işletmesi sırasında çevredeki silikon-karbit koruyucu katmandan silisyum taşınması, bulgunun makul kaynağı olarak öne sürüldü.

Buna rağmen, Gateman ve ekibinin güncel bulguları, silisyumun yakıt reactor’a girmeden önce mevcut olduğunu gösterdi.

Yakıt üretimi silisyumu içeri sokuyor

Araştırmacıların belirttiğine göre bu durum, reaktör işletmesi sırasında silisyuma ne olduğunu anlamak için yeni bir temel oluşturuyor. Aynı zamanda malzemenin ilk başta yakıt çekirdeğine nasıl girdiği konusunda da yeni sorular doğuruyor; Gateman, açıklamasında bunu belirtti.

Gateman, bu ayrımın—silisyumu ışınlamadan önce TRISO partiküllerinde bulmanın—ekibi yakıt üretim sürecine geri döndürdüğünü söyledi.

Kırılabilir malzeme, sol-gel (jel-jel) üretimi adı verilen bir süreçle elde ediliyor. Bu işlemde uranyum içeren malzeme, küçük kürecikler haline getirilmek için sıcak bir silikon yağı hamamına daldırılıyor. Bu daldırma aşamaları, partiküllere herhangi bir termal işlem uygulanmadan ve koruyucu kaplamalarının verilmesinden önce gerçekleştiriliyor.

Silikon partiküllerinin üretim sırasında girip girmediğini incelemek için ekip, yakıt partiküllerini hem çıplak hem de tamamen kaplanmış halde inceledi. Her aşamada silisyum buldular ve bu araştırmacıları şaşırttı.

“Şaşırtıcı olan kısım, silisyumun yakıtın nasıl üretildiği ile bağlantılı olabileceğini fark etmekti,” dedi Gateman. “Kimyasal açıdan, yağın bileşimi önemlidir çünkü malzeme, yakıt çekirdeği oluşturulurken onun etkileşimi altındadır.”

Araştırmacılar, TRISO içinde mevcut olan silisyumun sonradan uygulanan kaplama işleminin bir sonucu olmadığını; bunun aksine nükleer çekirdeğin üretim aşamasında zaten mevcut olduğunu çıkarım yaptılar.

Bu sonuçlar dergisinde yayımlandı.