Beton, choć uznawany za jeden z najtrwalszych materiałów budowlanych, z czasem ulega degradacji. Nowe badania przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Tokijskiego ujawniają jednak niezwykłe zjawisko – pod wpływem promieniowania neutronowego może on ulegać samonaprawie. Odkrycie to może mieć ogromne znaczenie dla energetyki jądrowej, ponieważ wskazuje na możliwość wydłużenia okresu eksploatacji elektrowni atomowych.
Jak promieniowanie neutronowe wpływa na beton?
Elektrownie jądrowe to nie tylko zaawansowane reaktory, ale także ogromne betonowe struktury, które chronią wnętrze instalacji i zapobiegają wydostawaniu się promieniowania na zewnątrz. Beton składa się z różnych minerałów, w tym kwarcu – głównego składnika skał stosowanych jako kruszywo.
Czytaj też: Poznajcie beton przyszłości. Druk 3D wychwytujący dwutlenek węgla rewolucjonizuje budownictwo
Dotychczas uważano, że neutrony uszkadzają strukturę betonu, prowadząc do jego rozszerzania i osłabienia. Jednak zespół pod kierunkiem prof. Ippei Maruyamy odkrył, że kwarc pod wpływem promieniowania nie tylko ulega deformacji, ale także częściowo odzyskuje swoją pierwotną strukturę. Oznacza to, że beton może samoczynnie naprawiać mikrouszkodzenia, co zmniejsza jego degradację w dłuższej perspektywie.
Zjawisko to jest ściśle związane z dawką promieniowania oraz jego intensywnością (tzw. strumieniem neutronów). Badacze odkryli, że przy wysokim strumieniu neutronów degradacja strukturalna kwarcu była znacznie większa. Jednak w warunkach niskiego strumienia neutrony powodowały procesy naprawcze – zdeformowane kryształy stopniowo odzyskiwały swoją pierwotną strukturę, a ekspansja betonu malała.
Co więcej, wpływ na ten proces ma również wielkość kryształów kwarcu – większe ziarna wykazują mniejsze odkształcenia, co sugeruje, że skład betonu może zostać zoptymalizowany tak, aby zwiększyć jego odporność na promieniowanie.
Odkrycia opisane w czasopiśmie Journal of Nuclear Materials mogą mieć istotny wpływ na przyszłość energetyki jądrowej. Do tej pory zużycie betonu w elektrowniach jądrowych było jednym z czynników ograniczających czas ich eksploatacji. Jeśli jednak betonowe osłony reaktorów faktycznie mogą się regenerować, możliwe stanie się wydłużenie żywotności istniejących instalacji, co zmniejszy koszty ich modernizacji i poprawi bezpieczeństwo.
Naukowcy planują kontynuować badania, aby lepiej zrozumieć mechanizmy regeneracji betonu i sprawdzić, czy podobne efekty występują w innych minerałach stosowanych w budownictwie. Kluczowe będzie także opracowanie bardziej odpornych kompozycji betonu, które mogłyby być stosowane w przyszłych elektrowniach jądrowych.