Arunkumar Seshadri的實(shí)驗(yàn)對(duì)于尋找能夠更好地承受世界上正在運(yùn)行的輕水反應(yīng)堆溫度波動(dòng)的燃料包殼至關(guān)重要。圖片來(lái)源：Photo: Gretchen Ertl - MIT News

印度最大的商業(yè)和研究性核反應(yīng)堆設(shè)施之一位于阿倫庫(kù)瑪·塞沙德里(Arunkumar Seshadri)的家鄉(xiāng)印度欽奈以南。在一次高中實(shí)地考察中，他在那里對(duì)核電產(chǎn)生了興趣。

“我們學(xué)到了反應(yīng)堆如何工作的基本原理，”核科學(xué)與工程專業(yè)五年級(jí)博士生Seshadri回憶說(shuō)。“我為如此少量的鈾或其他燃料如何產(chǎn)生如此巨大的能量而著迷。”

這種魅力很快在Seshadri的本科生生涯中找到了正式的出路，并繼續(xù)推動(dòng)他現(xiàn)在進(jìn)入麻省理工學(xué)院。

Seshadri與他的顧問(wèn)Koroush Shirvan緊密合作，John Clark Hardwick(1986)職業(yè)發(fā)展教授，開(kāi)辟了一條單一的道路，可以識(shí)別和測(cè)試新一代的耐輻射，耐腐蝕和耐熱的材料和燃料，這些材料和燃料可以更好地經(jīng)受住極端的考驗(yàn)。核反應(yīng)堆的條件。

他的研究在基礎(chǔ)科學(xué)和實(shí)用技術(shù)上均取得了進(jìn)步，大量期刊出版物和專利就證明了這一點(diǎn)。Seshadri說(shuō)：“我真的很樂(lè)意回答核工業(yè)面臨的工程問(wèn)題，并逐漸對(duì)影響反應(yīng)堆材料的結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化有了更基本的了解。”

專注于熱量傳遞

Seshadri是梵語(yǔ)老師和全職母親的兒子，在他小學(xué)的時(shí)候，他就拆卸和重新組裝他的家用電器，并獲得編程技能，并參加高中的科學(xué)比賽。Seshadri在SASTRA大學(xué)攻讀機(jī)械工程和控制系統(tǒng)專業(yè)，并被招募到由核工業(yè)資助的研究項(xiàng)目中。事實(shí)證明，這是決定性的經(jīng)驗(yàn)。

他說(shuō)：“目標(biāo)是開(kāi)發(fā)用于沸水反應(yīng)堆中的兩相流(水和蒸汽)的傳感器。” “我們想提取有關(guān)這兩個(gè)不同階段的信息，以便我們可以確切地了解內(nèi)部正在發(fā)生的事情。” 事實(shí)證明，設(shè)計(jì)用于監(jiān)視和更好地預(yù)測(cè)熱量如何在反應(yīng)堆中移動(dòng)的技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)以及改善商業(yè)核設(shè)施運(yùn)行的相關(guān)前景是不可抗拒的。

在印度政府呼吁建立一支熟練的勞動(dòng)力隊(duì)伍以幫助擴(kuò)大其核工業(yè)的鼓舞下，Seshadri決定攻讀核科學(xué)和工程學(xué)的高級(jí)學(xué)位。他說(shuō)：“麻省理工學(xué)院在兩相傳熱方面有著豐富的專家傳統(tǒng);他們是該領(lǐng)域的火炬手。” “我認(rèn)為這可能是一個(gè)豐富我的興趣的地方。”

他為Shirvan的研究工作找到了直接的方向，Shirvan正在能源部進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，以配制具有更高事故承受能力的核反應(yīng)堆燃料。在他的碩士學(xué)位論文中，Seshadri研究了核燃料金屬外殼上不同種類的涂層在被加熱和冷卻時(shí)的行為。

他對(duì)可濕性特別感興趣，可濕性是決定材料是否吸引或排斥諸如核反應(yīng)堆中冷卻劑之類的液體的特性。當(dāng)材料表現(xiàn)出較高的可濕性時(shí)，冷卻劑可以更有效地帶走熱量。但是由于較低的潤(rùn)濕性，材料會(huì)排斥流體，從而導(dǎo)致蒸汽蒸氣在表面形成，從而吸收熱量并導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)潛在的危險(xiǎn)溫度升高。

2004年，日本研究人員發(fā)現(xiàn)，發(fā)生核反應(yīng)的副產(chǎn)物伽馬射線增強(qiáng)了潤(rùn)濕性。利用高分辨率顯微鏡，Seshadri幫助演示了發(fā)生這種情況的精確機(jī)理：γ射線在金屬部件的表面上產(chǎn)生了納米級(jí)的氧化物孔，從而形成了高度可潤(rùn)濕的表面。

他說(shuō)：“這是第一次有人證明伽馬輻射會(huì)產(chǎn)生這種影響，這使我們能夠測(cè)試不同的涂層包層，以改善其傳熱性能。” Seshadri進(jìn)行了高分辨率的顯微鏡測(cè)量，準(zhǔn)確地揭示了伽馬輻射如何影響這些涂層。

他說(shuō)：“我很激動(dòng)。” “對(duì)于工業(yè)來(lái)說(shuō)，輻射是有害的，有害的表面，但我們看到它有助于熱傳遞。” 這些增強(qiáng)的燃料包殼中的一些已經(jīng)進(jìn)行了行業(yè)評(píng)估。與他們的研究不同的是，Seshadri和Shirvan申請(qǐng)了一項(xiàng)基于伽馬輻射的技術(shù)的專利，該技術(shù)可以制造防水涂料，可用于擋風(fēng)玻璃或海水淡化廠。

對(duì)研究和教學(xué)的熱情

充滿熱情Seshadri已將其博士研究轉(zhuǎn)移到一個(gè)相關(guān)領(lǐng)域：研究工業(yè)上非常感興趣的碳化硅復(fù)合材料，以替代高度易腐蝕的鋯合金燃料包殼。

他說(shuō)：“碳化硅復(fù)合材料可以承受很高的溫度并且堅(jiān)固而不會(huì)變脆，但是挑戰(zhàn)是，在極端的水熱環(huán)境中，在存在輻射的情況下，少量的二氧化硅會(huì)溶解在冷卻劑中，從而可能損壞組件。 ”

Seshadri的工作是確定不同類型的反應(yīng)堆輻射如何造成硅的損失，以及循環(huán)二氧化硅的使用是否在行業(yè)范圍內(nèi)。他說(shuō)：“如果二氧化硅沉積在反應(yīng)堆部件中，則工業(yè)界將需要開(kāi)發(fā)一種去除它的方法。”

Seshadri正在開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)二氧化硅溶解速率的模型。他的實(shí)驗(yàn)對(duì)于尋找能夠更好地承受世界上正在運(yùn)行的輕水反應(yīng)堆溫度波動(dòng)的燃料包殼至關(guān)重要。他的工作還將幫助開(kāi)發(fā)在更高溫度下運(yùn)行的高級(jí)反應(yīng)堆，該反應(yīng)堆使用碳化硅組分和熔融鹽作為冷卻劑。

Seshadri認(rèn)為Shirvan是他的成就和他的研究人員成長(zhǎng)不可或缺的一部分。他回憶說(shuō)：“我來(lái)到麻省理工學(xué)院時(shí)沒(méi)有核科學(xué)的背景，而且表現(xiàn)也不佳。” “希爾萬(wàn)花了無(wú)數(shù)的時(shí)間教我所需的必需品，然后讓我自由地尋求問(wèn)題和時(shí)間來(lái)取得成果，而沒(méi)有壓力。”

這種指導(dǎo)模式為Seshadri自己的教學(xué)提供了動(dòng)力。在業(yè)余時(shí)間，Seshadri指導(dǎo)印度從事能源項(xiàng)目的大學(xué)生，鼓勵(lì)他們追求宏偉的目標(biāo)。在遠(yuǎn)程基礎(chǔ)上，他指導(dǎo)他們進(jìn)行計(jì)算建模，幫助他們撰寫(xiě)研究成果以便發(fā)表，并申請(qǐng)研究生院。

“我的熱情和所有愛(ài)好都與研究有關(guān)，與這些學(xué)生的互動(dòng)是我在學(xué)術(shù)界想要的職業(yè)的一步：領(lǐng)導(dǎo)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，并尋求解決深層問(wèn)題的方法。”