利用核技術開發先進材料

從裝載精油的納米復合材料制成的活性食品包裝，到輻射接枝法制造的超級吸水劑聚合物，經輻射加工的先進材料在減少食物浪費、提高農業經濟效益、改善醫療保健等方面發揮著越來越重要的作用。

除了重量輕和易于制造之外，利用核技術改性的先進材料還具有更強的性能和耐久性。包括加速器在內的輻射技術通過許多應用使自身地位變得更加重要，并為可持續發展作出貢獻。

先進材料用途

為了創造先進材料或改善高性能材料生產，一些輻射輔助工藝現已成熟，并在工業中實施。例如，經輻射處理的塑料或橡膠的適用性增加，能夠生產各種材料，如用于建筑物中循環水和加熱液體的耐熱、耐壓塑料管。

“用輻射生產的高性能材料無處不在。”原子能機構放射性同位素產品和輻射技術處處長Celina Horak說，“它們在日常物品中處處可見，這些物品更堅固、更安全。其中一些材料甚至用于提高人們生活方式的可持續性。”

輻射處理還用于無溶劑油漆、油墨和涂料的干燥或硬化，以及改善生物基材料和可生物降解包裝材料的強度、耐溫性和防滲性。加入了由原位法制作的納米銀顆粒的多孔陶瓷現在用于各國農村社區的水凈化。

先進材料有益于應對氣候變化 問題

在應對氣候變化的同時滿足日益增長的能源需求，需要進一步發展可再生能源的生產、貯存和回收。法國香檳-阿登大區蘭斯大學教授Xavier Coqueret說：“輻射技術非常適用于為燃料電池技術制造特定專用膜和塊體復合材料，提高了可再生能源生產效率。”他說，輻射預處理可用于改善木質纖維素的生物量或通過先進光伏技術轉換太陽光能的效率。

為了解決另一個環境問題，即全球塑料垃圾負擔，Coqueret說，在設計先進塑料和復合材料產品時，需要使用輻射技術的有效回收方法，如果使用傳統方法則無法重復利用。

輻射對先進材料的影響

堅固、有韌性和耐用的材料在一般工業中至關重要，在核工業中尤其重要，因為反應堆的安全和燃料循環運行的可行性取決于所使用的材料。對于核反應堆中的材料來說，兩個最大的挑戰是熱（通過冷卻系統解決）和輻射。

“核反應堆內的結構材料易受到快中子的破壞，快中子將原子擊出位置，并產生氣體形式的氫或氦。這最終會導致膨脹，產生空隙，以及其他各種結構和機械變化，從而限制其最終使用壽命。”原子能機構核物理學家Ian Swainson說，“因此，對材料進行輻射測試至關重要，而加速器可有助于更廣泛地進行測試。”

帶電粒子在穿過材料過程中會失去大部分能量，造成重大但局部的損害。出于這個原因，研究人員計劃使用離子束加速器產生的帶電粒子測試未來核反應堆的候選材料。

Swainson說：“用加速器測試材料比使用反應堆測試更快。”他解釋說，用加速器一天就能完成的工作，用高通量測試反應堆需要一年時間。通常情況下，樣品不會產生放射性，而且受損區域可以被仔細切片，并用顯微鏡技術檢查。

2016年，Swainson協助組織了一個長達五年的原子能機構協調研究項目，將相同材料的樣品配送到多個加速器設施，在相同的條件下進行輻照，并在俄羅斯聯邦的BOR-60研究快堆進行比較。輻照后的分析將有助于提高加速器設施之間的現場可重復性，并闡明加速器如何篩除性能不佳的材料。

2022年8 月， 原子能機構將舉行“第二屆國際輻射科學與技術應用會議”（ICARST-2022），探討這些問題，聚焦核技術應用和電離輻射發展。除其他議題外，會議將重點關注先進材料特定領域的進展和當前的技術或經濟限制，并將幫助總結成熟的輻射工藝在改善材料性能方面的成果。