Betonas yra esminis branduolinių elektrinių elementas, o radiacijos poveikis jo vientisumui kelia susirūpinimą jau dešimtmečius.
Sunku įsivaizduoti pasaulį be betono. Betonas buvo svarbiausias žmonijos istorijoje ir tebėra šiuolaikinės statybos pagrindas. Nors tyrinėjame tvaresnes alternatyvas, pavyzdžiui, medieną, yra konstrukcijų, kuriose betonas tebėra akivaizdus pagrindinis veikėjas. Vienas iš pavyzdžių – atominės elektrinės, kurios turi būti tvirtos ir gerai izoliuotos.
Naujajame tyrime ištirtas branduolinės spinduliuotės poveikis betonui. Labiausiai nustebino tai, kad radiacinis bombardavimas turi… gydomąjį poveikį.
Tyrimas. Tokijo universiteto mokslininkai ieškojo ne savaime atsinaujinančio cemento ar betono, o branduolinės spinduliuotės poveikio betonui. Kadangi betonas yra pagrindinė konstrukcinė ir apsauginė medžiaga branduolinėse elektrinėse ir reaktoriuose, susirūpinimą kelia tai, kaip radiacija veikia šios apsaugos senėjimą.
Konkrečiai buvo siekiama patikrinti, koks poveikis daromas kvarcui – įprastai betono mišinyje naudojamai uolienų medžiagai, nepriklausomai nuo to, kurioje pasaulio vietoje tas mišinys gaminamas, o poveikio kvarcui matavimas gali padėti suprasti, kaip radiacija veikia pastato konstrukciją. Gera žinia yra ta, kad teoriškai šios betono konstrukcijos ilgainiui yra stabilesnės, nei manyta anksčiau, nes radiacija sukelia kvarco relaksacijos procesus, kurie leidžia šiek tiek atkurti jo vidinę struktūrą.
Švitinant kvarcą. Atliekant tyrimą buvo tiriamas neutronų švitinimo poveikis įvairių rūšių kvarcui. Sintetinis kvarcas, metakvarcitas, smiltainis ir granodioritas buvo švitinami 45-62 laipsnių Celsijaus temperatūroje, o žala vienam pasislinkusiam atomui svyravo nuo 0,01 iki 0,23 vieneto.
Ippei Maruyama yra vienas iš tyrimų vykdytojų ir teigia, kad neutronų spinduliuotės srautas „iškreipia kristalinę struktūrą, sukeldamas amorfizaciją ir išsiplėtimą“. Tai būtų blogai, nes tai reiškia, kad medžiaga neišlieka stabili, tačiau stebina tai, kad dėl silicio ir deguonies vaidmens kvarco grūdeliuose prasideda gijimo procesas, kuris sušvelnina spinduliuotės sukeltą medžiagos tūrio išsiplėtimą.
Savireguliacija. „Tuo pat metu vyksta reiškinys, kai iškraipyti kristalai atsigauna ir išsiplėtimas sumažėja“, – sako Maruyama. Tai priklauso nuo betone esančių mineralinių kristalų dydžio. Pavyzdžiui, didesnių grūdelių išsiplėtimas buvo mažesnis, todėl betono degradacija, kuri šiuo metu kelia susirūpinimą statant ir prižiūrint atomines elektrines, gali būti ne tokia didelė, kaip manyta anksčiau.
Mokslininkas taip pat patvirtina, kad „mažesnis spinduliavimo greitis suteikia daugiau laiko savaiminiam remontui“, todėl branduolinės elektrinės gali „saugiai veikti ilgiau“, nei tikėtasi iš pradžių.
Tolesni veiksmai. Klausimų lieka, nes ta pati komanda teigia, kad jų laukia nemažai užduočių. Tokijo universiteto komanda nuo 2008 m. tiria radiacijos poveikį betonui, tačiau patvirtina, kad tai brangiai kainuojanti tyrimų sritis, o išsamūs tyrimai nėra lengvi.
Vis dėlto, gavę šį atradimą, Maruyama įsitikinęs, kad jie toliau tirs branduolinės spinduliuotės poveikį ne tik kvarcui, pavyzdžiui, norėdami išsiaiškinti, ar šis plėtimosi reiškinys pasireiškia ir kituose betoną sudarančiuose mineraluose. Tikslas – ne tik numatyti, kaip dėl radiacijos bombarduojamų mineralų plėtimosi susidaro plyšiai, bet ir kaip parinkti geriausias medžiagas, kad būtų galima sukurti daug tvirtesnį betoną būsimoms atominėms elektrinėms.
Ne tik elektrinės. Reikės pamatyti tolesnius tyrėjų žingsnius, kad įtvirtintų šias pirmąsias tyrimo nuomones, tačiau akivaizdu, kad pasiekti savaime gyjantį betoną yra apsisprendimas. Dėl to, kad jį gaminant išmetamas CO2, kad jo priežiūra yra brangi ir kad dėl jo išeikvojami pasaulio smėlio ištekliai, turėti medžiagą, kuri gali pati save pataisyti, – tai, ką komandos visame pasaulyje tyrinėja jau daugelį metų.
Pasiekta pažangos, pavyzdžiui, sukurti mišiniai su cukrumi ar kava, kurie leidžia šiek tiek savaime suremontuoti betoną. Dar neaišku, kiek laiko prireiks, kad šis naujasis betonas būtų naudojamas kasdieniame gyvenime.
