美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員近日公佈了一項突破性的測試方法，能夠在高達 1,000 開爾文（約 1,340 華氏度）的高溫下測量核材料的性能。阿貢國家實驗室在一份新聞稿中指出，了解核燃料在極端條件下的行為對於確保反應堆的安全性和效率至關重要。影響燃料安全性能的一個重要特性是熱導率（TC），它衡量材料傳遞熱量的能力。這一熱測試的飛躍將提供前所未有的數據，顯示核燃料在先進反應堆的極端熱環境中的表現，直接影響下一代能源系統的安全性和效率。
這項創新專注於懸臂橋方法。為了了解熱量如何在燃料中移動，科學家們必須在幾乎微觀的層面上觀察材料。隨著燃料在反應堆中的使用，輻射損傷通常會降低其傳熱能力，這在材料過熱時會造成安全風險。這項新技術使用兩個微型製作的平台，通過一個超薄樣本連接，這個樣本的厚度比人類頭髮薄數百倍。通過在真空中測試這些微小的碎片，研究人員可以對複雜燃料系統的單獨組件進行隔離和測量。實驗室解釋，這種小樣本的尺寸能夠精確測量核燃料材料中的單個相，最小化周圍材料的干擾，從而獲得高度準確的結果。
當前的測試方法常常難以提供有關燃料在實際反應堆操作中變化的準確數據。阿貢的新方法填補了這一關鍵空白。阿貢的首席材料科學家苗贇彬指出，熱導率決定了核燃料內部熱量傳遞的有效性，幫助確保燃料不會過熱，保持安全使用。懸臂橋方法具有幾個關鍵優勢，首先是其極端的溫度範圍，目前的功能範圍從 -450 華氏度到 260 華氏度，未來的升級將達到 1,340 華氏度。這一方法通過隔離燃料的單個相來提高精度，以觀察特定組件的降解情況。因為樣本的尺寸極小，只有幾微米，這使得實驗室技術人員更容易處理放射性和輻照材料，從而顯著提高了安全性。
對不銹鋼和鈾-鉬合金的初步測試與已有文獻數據相符，證實了該方法的可靠性和準確性。其目標是設計更安全、壽命更長的核燃料，並準確預測何時需要更換燃料。然而，這一方法的影響還擴展到其他行業。阿貢團隊指出，該方法還可以測量電氣特性，為從事熱電材料和高效電子設備研究的科學家提供了一個新工具。這標誌著在理解和優化核燃料性能方面邁出了重要一步，阿貢的高級研究員阿卜杜拉提夫·雅庫特表示，這不僅增強了反應堆的安全性，同時也支持下一代核系統的設計。
