已经认可一段时间，辐射影响混凝土的结构承载能力。然而，具体细节此前并不明确。包括东京大学的一组研究人员在内的研究者们现在已经确定了哪些混凝土性质会影响其在不同中子辐射水平下的结构性能。他们的发现呈现出一些令人担忧的方面，同时也缓解了其他一些方面；例如，混凝土中的石英晶体具有自我修复的能力，这可能意味着一些核反应堆可以比早先预计的时间运行得更长。
与核电厂相关的重要事件理所当然地引起了人们的焦虑。然而，许多人认为核能在实现碳中和的未来中至关重要。这突显了提高安全性、可靠性、成本效益和其他因素的必要性，以减轻恐惧并增加对这一能源来源的接受度。在核电设施中，与安全性和耐久性有关的一个关键元素是用于其建设的材料，尤其是用于各种结构的混凝土。混凝土以其强度而闻名，因此一直是广泛研究的对象，以更全面地理解其材料特性。然而，直到最近，科学家们才开始详细研究核反应堆的中子辐射如何影响混凝土的使用寿命。
“混凝土是一种复合材料，由各种物质组成。这些成分可以根据多个因素而异，包括地方地质，特别是构成混凝土重要部分的岩石骨料。岩石通常含有石英，因此评估石英在不同辐射水平下的反应，可以提供关于混凝土本身性能的见解。”建筑系的丸山一平教授解释道。“研究中子辐射造成的降解成本显著，导致深入研究变得困难。自2008年以来，我们团队一直在解决这个问题，通过查阅大量文献和访谈专家来制定策略。这使我们最近利用X射线衍射技术研究照射过的石英晶体。”
团队分析了与中子辐射相关的两个因素：样本暴露的辐射总剂量和它们接收这种辐射的速率，即通量。结果有些出乎意料；对于特定的中子辐射总剂量，石英晶体在剂量率较高时表现出显著的膨胀，反之亦然。可以用皮肤暴露于阳光的类比来解释——虽然通常建议在没有保护的情况下避免长时间直接阳光暴露，但如果将相同的暴露量分散在时间上，则关注点可能会降低。
“通量效应的识别表明，不仅中子辐射导致晶体结构的畸变，导致无定形化和膨胀，而且变形的晶体还有自我修复的倾向，这导致膨胀的减少——因此，较慢的速率提供了更多的恢复机会。”丸山指出。“此外，我们观察到这一修复现象的程度因混凝土中矿物晶体的大小而异。较大的晶体颗粒表现出较少的膨胀，表明存在大小依赖性。考虑到这些发现，由于中子辐射造成的混凝土降解的关注可能需要重新调整，膨胀可能比此前假设得要小。因此，降解可能没有想象中那么严重，这可能使核能设施能够在更长的时间内更安全地运行。”
该团队现在计划解决各种障碍，以理解不同岩石形成矿物的膨胀方式，进一步阐明膨胀的机制，并培养根据其材料特性和外部条件预测骨料膨胀的能力。他们还希望预测由于矿物膨胀而产生的裂缝形成。这项研究可以改善未来核电设施的材料选择和设计。此外，它可能为旨在用于外星结构以及地球轨道及以外的建设工作所需的无机材料的稳定性和耐久性提供重要见解。
