一種新的方法可以大大減少核電反應堆中某些重要安全檢查所需的時間和費用。這種方法可以在短期內節省資金并增加總的電力輸出，而且從長遠來看，它可能會增加工廠的安全運行壽命。

許多分析家認為，控制溫室氣體排放的最有效方法之一是延長現有核電站的壽命。但是，將這些電廠延長到其最初允許的運行壽命之外，需要監測其許多關鍵部件的狀況，以確保熱和輻射沒有造成損害，也不會造成不安全的裂紋或脆化。

今天，對反應堆的不銹鋼部件--這些部件構成了防止熱量堆積的大部分管道系統，以及許多其他部件-的測試需要移除同種鋼的測試件，稱為試樣，這些試樣被放置在實際部件的旁邊，以便它們經歷相同的條件。或者，它需要移除實際運行部件的一小塊。這兩種方法都是在反應堆昂貴的停運期間進行的，延長了這些預定的停運時間，每天要花費數百萬美元。

現在，麻省理工學院和其他地方的研究人員已經想出了一種新的、廉價的、不需要動手的測試，可以產生關于這些反應堆部件狀況的類似信息，而在停運期間所需的時間要少得多。今天，麻省理工學院核科學與工程教授Michael Short、Saleem Al Dajani '19 SM '20(他在麻省理工學院完成了這個項目的碩士工作，現在是沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)的博士生)以及麻省理工學院和其他機構的其他13人在《Acta Materiala》雜志上報告了這些發現。

該測試包括將激光束瞄準不銹鋼材料，在其表面產生表面聲波(SAWs)。然后，另一組激光束被用來檢測和測量這些SAWs的頻率。對與核電站相同老化的材料進行的測試表明，當材料退化時，這些波產生了獨特的雙峰光譜特征。

Short和Al Dajani在2018年開始了這一過程，尋找一種更快速的方法來檢測一種特定的退化，稱為尖晶石分解，這種退化可能發生在奧氏體不銹鋼中，奧氏體不銹鋼被用于諸如將冷卻劑水輸送到反應堆核心的2至3英尺寬的管道等部件。這一過程可能導致脆化、開裂，并在緊急情況下可能出現故障。

Short說，雖然尖晶石分解并不是反應堆部件中可能發生的唯一類型的降解，但它是核反應堆的壽命和可持續性的主要關注點。

Al Dajani說："我們正在尋找一種信號，可以將材料脆化與我們可以測量的屬性聯系起來，可以用來估計結構材料的壽命。”

他們決定嘗試Short和他的學生及合作者已經擴展的技術，稱為瞬態光柵光譜，或TGS，在已知的反應堆材料樣品上，由于其類似反應堆的熱老化歷史，經歷了旋光分解。該方法使用激光束來刺激，然后測量材料上的SAWs。我們的想法是，分解應該減慢通過材料的熱流速度，這種減慢可以通過TGS方法檢測出來。

然而，事實證明并沒有這種減速。Short說："我們帶著對我們會看到什么的假設進去，但我們錯了。

相反，數據中顯示的是，雖然一種材料通常會產生一個材料的SAWs的單一頻率峰值，但在退化的樣品中，有一個分裂成兩個峰值的現象。

肖特回憶說："這是數據中一個非常清晰的模式，我們只是沒有想到，但它就在那里，在測量中向我們喊話。"

像那些用于反應堆部件的鑄造奧氏體不銹鋼是所謂的雙相鋼，實際上是兩種不同晶體結構在同一材料中的混合設計。但是，雖然這兩種類型中的一種相當不受尖晶石分解的影響，另一種卻相當容易受到影響。當材料開始降解時，這種差異會在材料的不同頻率響應中顯示出來，這就是該團隊在他們的數據中發現的。

不過，這一發現完全是一個驚喜。肖特說："我的一些現任和前任學生都不相信它的發生。我們無法說服我們自己的團隊，以我們所掌握的最初的統計數據，這是在發生。"因此，他們回去后進行了進一步的測試，這繼續加強了結果的重要性。他們達到了一個置信度為99.9%的程度，即旋光分解確實與波峰分離相吻合。”

Al Dajani說："我們與那些反對我們最初假設的人的討論，最終將我們的工作推向了新的高度。”

他們所做的測試使用了基于實驗室的大型激光器和光學系統，因此下一步，研究人員正在努力工作，就是將整個系統小型化，使其成為一個容易攜帶的測試工具，用于現場檢查反應堆部件，減少停工的時間。他說："我們正在取得巨大的進步，但我們仍有一些路要走。”

但當他們實現下一步時，他說，這可能會帶來巨大的變化。Al Dajani說："對于一個典型的千兆瓦級反應堆來說，你的核電站每停運一天，你每天就會損失大約200萬美元的電力，所以縮短停運時間是目前該行業的一件大事。”

他補充說：“該團隊的目標是找到使現有工廠能夠更長時間運行的方法：讓它們停運的時間更短，并且與現在一樣安全或更安全--不是偷工減料，而是利用智能科學，以更少的努力獲得相同的信息。而這正是這項新技術似乎能提供的東西。”

肖特希望，通過對關鍵部件進行頻繁的、簡單的和廉價的測試，這將有助于使發電廠的運行許可再延長幾十年而不影響安全。他說：“現有的大型發電廠 "每年每座發電廠產生的無碳電力僅略低于10億美元，而將一座新的發電廠上線可能需要十年以上的時間。為了彌合這一差距，保持我們目前的核電在線是我們為應對氣候變化所能做的最大的一件事。"

該團隊包括麻省理工學院、愛達荷國家實驗室、英國曼徹斯特大學和倫敦帝國學院、橡樹嶺國家實驗室、電力研究所、東北大學、加州大學伯克利分校和科大的研究人員。這項工作得到了麻省理工學院國際設計中心和新加坡科技設計大學、美國核管理委員會和美國國家科學基金會的支持。