Ny forskning: Neutronstrålning stärker betong

Forskningsteamet, lett av professor Ippei Maruyama vid universitetets arkitekturinstitution, har sedan 2008 undersökt hur betong påverkas av långvarig exponering för neutronstrålning. Genom att använda röntgendiffraktion för att analysera bestrålade kvartskristaller, har de nu bekräftat att betongen inte bara bryts ner, utan att vissa av dess mineraler kan återhämta sig.

-Neutronstrålning kan förvränga kristallstrukturen i kvarts och leda till expansion, men vi har också sett att kristallerna kan återgå till sitt ursprungliga tillstånd och därmed minska expansionen över tid, säger Maruyama på Tokyos universitets webbplats.

Forskarna upptäckte att strålningsdosens flödeshastighet spelar en avgörande roll. Vid höga doshastigheter sker en kraftig expansion i kvartskristallerna, men vid lägre hastigheter får mineralerna mer tid att återbilda sin struktur. Det här fenomenet innebär att betongen i kärnkraftsreaktorer kan degraderas långsammare än vad tidigare prognoser har föreslagit.

”Det betyder att de säkerhetsmarginaler som man har räknat med kanske är mer konservativa än nödvändigt, vilket potentiellt kan leda till längre livslängder för befintliga reaktorer”, skriver sajten Interesting Engineering.

En annan viktig upptäckt är att kristallernas storlek påverkar hur de reagerar på strålning. Större kvartskristaller visade sig expandera mindre än mindre korn, vilket öppnar upp för möjligheten att optimera betongsammansättningen i framtida kärnkraftsbyggnader.

Den japanska forskargruppen hoppas nu att deras arbete kan bidra till utvecklingen av strålningsresistent betong genom att välja specifika mineralstrukturer.

-Att förstå hur kvartskristaller förändras ger oss en grund för att kunna designa betong som bättre står emot strålning och därmed gör kärnkraften mer hållbar, säger Maruyama enligt universitetets pressmeddelande.

Att betong kan självläka vid strålningsexponering är ett resultat som går emot många tidigare antaganden inom branschen. Enligt Nuclear Engineering International har tidigare forskning pekat på att neutronstrålning oåterkalleligt skadar cementstrukturen, men de nya resultaten antyder att skadorna delvis kan reverseras. Det kan i sin tur få konsekvenser för underhåll och livslängdsbedömningar av kärnkraftverk världen över.

“Om vi kan visa att vissa betongtyper är mer motståndskraftiga än andra, kan vi inte bara förbättra befintliga anläggningar utan också bygga framtida kärnkraftverk med mer hållbara material”, skriver tidningen.

Forskningen befinner sig fortfarande i ett tidigt skede, men den japanska studien kan redan nu påverka hur myndigheter och operatörer ser på kärnkraftens framtid. Genom att minska behovet av omfattande reparationer och utbyte av betongkomponenter kan både kostnader och driftstopp reduceras.

“Det här är potentiellt en gamechanger för branschen. Om vi kan förstå exakt hur långsam självläkningen är och vilka faktorer som påverkar den, kan vi optimera våra betongstrukturer för att hålla längre än vi tidigare trott”, säger en anonym industriexpert i en kommentar till World Nuclear News.