近日，東京大學(xué)的研究人員公布了一項(xiàng)關(guān)于核輻射對混凝土影響的詳細(xì)研究成果。該研究是首批深入探討長期暴露于輻射如何影響材料結(jié)構(gòu)完整性的研究之一，為核電站的安全運(yùn)行和材料選擇提供了新的視角。

研究人員發(fā)現(xiàn)，長期暴露于核輻射，尤其是中子輻射，會對混凝土的結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生影響。然而，這一發(fā)現(xiàn)也帶來了一些積極的消息：石英晶體具有自我修復(fù)的能力，這意味著封閉在混凝土結(jié)構(gòu)中的核反應(yīng)堆在理論上可以運(yùn)行比最初想象的更長的時間。這一發(fā)現(xiàn)對于驗(yàn)證核能技術(shù)的安全性、可靠性和成本效益具有重要意義，因?yàn)樵S多人認(rèn)為核能是長期無化石燃料能源的真正替代品。

混凝土作為核電站建設(shè)中廣泛使用的建筑材料，其性能直接關(guān)系到核電站的整體安全。然而，關(guān)于核輻射對混凝土長期影響的研究一直相對較少。東京大學(xué)建筑系的丸山一平教授表示：“混凝土是一種由多種化合物組成的復(fù)合材料，這些化合物的變化受到多種因素的影響，包括地理環(huán)境，特別是混凝土的主要成分——巖石骨料。而巖石中通常含有石英，因此了解石英在不同輻射負(fù)荷下的變化可以幫助我們預(yù)測混凝土的總體表現(xiàn)。”

為了深入研究這一問題，丸山教授及其團(tuán)隊(duì)自2008年以來一直在進(jìn)行相關(guān)研究，最終通過X射線衍射觀察輻照石英晶體，取得了突破性進(jìn)展。他們發(fā)現(xiàn)，在給定劑量的輻射下，劑量率越高，石英晶體的膨脹量就越大;反之，劑量率越低，膨脹量則越小。這一現(xiàn)象被稱為“通量效應(yīng)”。

丸山教授進(jìn)一步解釋說：“通量效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)不僅表明中子輻射會扭曲晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致非晶化和膨脹，而且存在扭曲晶體恢復(fù)、膨脹減小的現(xiàn)象。因此，較低的輻射速率可以為晶體提供更多的時間來恢復(fù)。我們還發(fā)現(xiàn)，這一現(xiàn)象取決于混凝土中礦物晶體的大小，較大的晶粒表現(xiàn)出較少的膨脹，這表明存在尺寸依賴性效應(yīng)。”

考慮到這些發(fā)現(xiàn)，研究人員認(rèn)為，目前關(guān)于中子引起的混凝土降解的擔(dān)憂可能過于嚴(yán)重。實(shí)際上，退化程度可能沒有預(yù)期的那么嚴(yán)重，這可能使核電站能夠在更長時間內(nèi)更安全地運(yùn)行。

未來，丸山教授及其團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)探索核輻射對其他材料(如巖石形成礦物)的影響，以更好地理解這種膨脹行為。他們還試圖根據(jù)礦物膨脹預(yù)測裂縫的形成方式，為未來的核電站選擇材料和設(shè)計(jì)混凝土提供科學(xué)依據(jù)。