核能是美國(guó)電力供應(yīng)的重要支柱，提供了全國(guó)20%的電力，且全天候穩(wěn)定運(yùn)行。為了維持這種可靠性，核反應(yīng)堆中使用的每一種材料都必須安全高效地工作。橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的科學(xué)家、工程師和技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)，包括史蒂芬·塔勒，正在致力于測(cè)試和評(píng)估這些材料，以確保它們能夠在極端環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

史蒂芬·塔勒

核反應(yīng)堆運(yùn)行環(huán)境極為復(fù)雜，承受著巨大的應(yīng)力負(fù)荷、高溫、腐蝕性環(huán)境和強(qiáng)輻射場(chǎng)。這些因素共同作用可能嚴(yán)重影響包層或其他結(jié)構(gòu)材料的性能。塔勒及其團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是確定材料在何種條件下可能失效，并研究如何制造更具韌性的材料，以保障反應(yīng)堆的安全可靠運(yùn)行。

ORNL的核材料研究是確定現(xiàn)有和先進(jìn)反應(yīng)堆安全裕度的基礎(chǔ)。通過極端條件下的材料測(cè)試，科學(xué)家們?cè)噲D理解材料失效的原因、導(dǎo)致失效的因素及其物理過程，并探索如何改進(jìn)材料設(shè)計(jì)。塔勒專注于研究輻射如何與材料相互作用，特別是通過設(shè)計(jì)測(cè)試條件來確定輻射過程中物理過程的變化。

研究團(tuán)隊(duì)通過測(cè)試材料的抗拉強(qiáng)度和蠕變性能，并結(jié)合電子顯微鏡等技術(shù)檢查材料的微觀結(jié)構(gòu)，將材料的宏觀行為與微觀結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來。這些研究結(jié)果被用于建立基于物理的模型，以解釋材料行為并預(yù)測(cè)其極限，從而確定安全的操作窗口。

目前，輻射損傷實(shí)驗(yàn)通常需要數(shù)年時(shí)間才能完成，且受限于測(cè)試設(shè)施的可用空間。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，塔勒正在研究小規(guī)模材料測(cè)試的新技術(shù)，以減少評(píng)估性能所需的材料量。離子束加速輻射評(píng)估等實(shí)驗(yàn)室規(guī)模實(shí)驗(yàn)正在迅速發(fā)展，為材料鑒定提供了更多測(cè)試能力，并推動(dòng)了核能技術(shù)的進(jìn)步。

核科學(xué)始終致力于突破界限、推動(dòng)進(jìn)步。通過對(duì)核材料極限的測(cè)試和研究，科學(xué)家們正在確保核能在未來幾十年內(nèi)繼續(xù)為人類提供安全可靠的能源。