न्यूक्लियर रिएक्टरको सुरक्षा र कार्यक्षमता सुधार गर्न  वैज्ञानिकद्वारा नयाँ प्रविधिको विकास

क्याम्ब्रिज, म्यासाचुसेट्स ।  म्यासाचुसेट्स इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजी (एमआइटी) का अनुसन्धानकर्ताहरूले न्यूक्लियर रिएक्टरको वातावरणमा हुने धातु क्षय, चिरा तथा अन्य सामग्रीको असफल प्रक्रियाहरूमा वास्तविक समय निगरानी गर्न सकिने थ्रीडी प्रविधि विकास गरेका छन्। 

यस प्रविधिबाट वैज्ञानिक तथा इन्जिनियरहरूले अझ सुरक्षित र उच्च कार्यक्षमता भएका न्यूक्लियर रिएक्टरहरू डिजाइन गर्न सक्नेछन्, जसले विद्युत उत्पादन तथा नौसैनिक जहाजको इन्धन प्रणालीमा महत्वपूर्ण भूमिका खेल्न सक्छ।

अनुसन्धानकर्ताहरूले न्यूक्लियर रिएक्टरभित्र न्यूट्रनले सामग्रीसँग गर्ने अन्तरक्रियालाई अनुकरण गर्न अत्यन्त शक्तिशाली एक्स–रे प्रयोग गरे। परीक्षणमा सिलिकन डाइअक्साइडको बफर लेयर सामग्री र सब्स्ट्रेटबीच राख्दा नमूनाको स्थायित्व बढ्ने देखियो। यसले रियल–टाइममा सामग्री विफलता प्रक्रियाको निगरानी गर्न सम्भव बनायो।

सामग्री विफल हुँदै जाँदा त्यसको थ्रीडी संरचना पुनर्निर्माण गरेर वैज्ञानिकहरूले विकिरणको असर सहन सक्ने दिगो सामग्री विकास गर्न सक्नेछन्।

प्रोफेसर एरिकमोर जोसो, जो एमआइटीको न्यूक्लियर साइन्स एण्ड इन्जिनियरिङ विभाग, इलेक्ट्रिकल इन्जिनियरिङ विभाग तथा श्वार्जम्यान कम्प्युटिङ कलेज अफ कम्प्यूटिङमा कार्यरत छन् । उनी भन्छन्: “यदि हामी न्यूक्लियर रिएक्टरका लागि सामग्री सुधार गर्न सक्यौं भने, त्यसको आयु बढाउन सकिन्छ। यसले विफलता ढिलो गराउँछ र रिएक्टरबाट बढी उपयोग लिन सकिन्छ।”

यो अध्ययनमा जोसोसँगै डेविड सिमोन, राइली हल्टक्विस्ट, युरोपियन सिन्क्रोट्रोन रेडिएसन फेसिलिटीका जियाङटाओ झाओ र आन्द्रेया रेस्टा  सहभागी थिए। अनुसन्धान स्क्रिप्टा मेटेरियाला वैज्ञानिक जर्नलमा प्रकाशित भएको हो।

सिमोन भन्छन्, “यो प्रविधिबाट मात्र हामी क्षय प्रक्रियाको क्रममा न्यानोस्केलमा तनाव मापन गर्न सक्छौं। हाम्रो लक्ष्य न्यूक्लियर विज्ञान समुदायमा यस्ता नवीन विचारहरू ल्याउनु हो।”

रियल–टाइम इमेजिङ र चुनौतीहरू

सामान्यतः सामग्री विफलता अध्ययन गर्न वातावरणबाट निकालेर उच्च–रिजोल्युसन उपकरणमा परीक्षण गरिन्छ। तर यो प्रविधिबाट वैज्ञानिकहरूले वास्तविक समयमा प्रक्रिया हेर्न सक्ने भएका छन्।

यसका लागि निकेल सामग्रीको प्रयोग गरिएको थियो । जुन न्यूक्लियर रिएक्टरमा प्रयोग हुने मिश्रधातुमा पाइन्छ। नमूना तयार गर्न सोलिड स्टेट डिवेटिङ विधि अपनाइयो, जसमा सामग्रीलाई उच्च तापक्रममा तताएर सिंगल क्रिस्टल बनाइन्छ।

तर प्रारम्भिक परीक्षणमा सिलिकन सब्स्ट्रेटसँग प्रतिक्रिया भएर नयाँ रासायनिक यौगिक बन्न थालेपछि समस्या आयो। अन्ततः सिलिकन डाइअक्साइडको पातलो लेयर राख्दा यो प्रतिक्रिया रोकियो।

तनाव नियन्त्रण र नयाँ सम्भावना

क्रिस्टलमा अत्यधिक तनाव हुँदा फेज रिट्रिभल एल्गोरिदम असफल हुन्छन। तर लामो समयसम्म एक्स–रे प्रयोग गर्दा तनाव बिस्तारै कम हुँदै सटीक थ्रीडी आकार पुनः प्राप्त गर्न सकिने देखियो।

“पहिले कसैले यस्तो गर्न सकेको थिएन। अब हामी इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया जस्तै क्षयलाई न्यूक्लियर रिएक्टरजस्तै वातावरणमा थ्रीडी मा हेर्न सक्ने भएका छौं,” जोसो भन्छन्।

अनुसन्धानकर्ताहरूले अन्य सब्स्ट्रेटहरू पनि परीक्षण गरे, तर सिलिकन डाइअक्साइड बफर गरिएको सिलिकन वेफरमा मात्र यस्तो प्रभाव देखियो।

माइक्रोइलेक्ट्रोनिक्समा प्रभाव तथा भविष्यको योजना

अनपेक्षित रूपमा, एक्स–रे प्रयोग गरेर सामग्रीमा तनाव नियन्त्रण गर्न सकिने देखियो, जसले माइक्रोइलेक्ट्रोनिक्स विकासमा नयाँ सम्भावना खोल्न सक्छ। तनावले सामग्रीको विद्युत तथा अप्टिकल गुणहरू सुधार गर्न सक्ने भएकाले यो प्रविधि उपयोगी हुन सक्छ।

अनुसन्धान टोलीले अब स्टील तथा अन्य मिश्रधातुहरूमा यो प्रविधि प्रयोग गर्ने योजना बनाएको छ। साथै, सिलिकन डाइअक्साइडको मोटाइ परिवर्तन गर्दा तनाव नियन्त्रणमा कस्तो असर पर्छ भन्नेबारे पनि अध्ययन गरिनेछ।

रेन्सेलर पोलिटेक्निक इन्स्टिट्युटका एसोसिएट प्रोफेसर एडविन फोथुङ, जो यस अध्ययनमा संलग्न थिएनन्, भन्छन्: “यो खोज दुई कारणले महत्वपूर्ण छ—पहिलो, यसले न्यानोस्केल सामग्रीले विकिरणमा कसरी प्रतिक्रिया जनाउँछ भन्ने आधारभूत ज्ञान दिन्छ। दोस्रो, यसले सब्स्ट्रेटको भूमिका स्पष्ट पार्छ, जसले तनाव रहन्छ वा हट्छ भन्ने निर्धारण गर्छ।”