核反应堆中使用的棒状元件由先进材料制成，必须具有耐热和耐辐射的能力。(照片：Adobe Stock)

从基于装载精油的纳米复合材料的活性食品包装到辐射接枝的高吸水性聚合物，辐射处理的先进材料在减少食物浪费、提高农业绩效、改善医疗保健等方面发挥着越来越重要的作用。

除了重量轻且易于制造外，使用核技术改性的先进材料还具有增强的性能和耐用性。包括加速器在内的辐射技术加强了它们的地位，并通过许多应用促进了可持续发展。

先进材料的使用

为了创造先进的材料或改进高性能材料的生产，一些辐射辅助工艺现在已经在工业中得到了很好的建立和实施。例如，暴露于辐射的塑料或橡胶的适用性提高，可以生产各种材料，例如用于建筑物中循环水和加热流体的耐热和耐压塑料管。

国际原子能机构放射性同位素产品和辐射技术科科长塞琳娜·霍拉克说：“用辐射生产的高性能材料无处不在。” “它们存在于变得更坚固、更安全的日常物品中。其中一些材料甚至用于使您的生活方式更加可持续。”

辐射加工还应用于干燥或硬化无溶剂油漆、油墨和涂料，并提高生物基和可生物降解包装材料的强度、耐温性和不渗透性。具有原位产生的银纳米颗粒的多孔陶瓷现在在各个国家用于农村社区的水净化。

先进材料在气候变化背景下的好处

在应对气候变化的同时满足不断增长的能源需求需要进一步发展可再生能源的生产、储存和回收。“辐射技术非常适合为燃料电池技术制造特定任务的膜和块状复合材料，以更有效地生产可再生能源，”兰斯香槟-阿登大学教授 Xavier Coqueret 说。他说，辐射预处理可用于改善木质纤维素生物质或通过先进的光伏技术转换阳光能量。

为了解决另一个环境问题，即全球塑料废物负担，Coqueret 说，在设计先进的塑料和复合材料产品时需要使用辐射的有效回收方法，否则这些产品将无法通过传统方法重复使用。

辐射对先进材料的影响

坚固、弹性和耐用的材料在一般工业中至关重要，但在核部门尤其重要，因为反应堆的安全性和燃料循环操作的可行性取决于所使用的材料。对于核反应堆中的材料，最大的两个挑战是热量(由冷却系统解决)和辐射。

“核反应堆内部的结构材料会受到快中子的破坏，快中子会将原子从位置上撞出并以气体的形式产生氢气或氦气。这最终会导致膨胀、产生空洞以及限制其最终服役寿命的各种其他结构和机械变化，”国际原子能机构的核物理学家伊恩·斯温森说。“因此，测试材料的辐射测试是必不可少的，加速器可以帮助更广泛地进行测试。”

带电粒子在穿过材料的旅程结束时会失去大部分能量，从而造成重大但局部的损坏。出于这个原因，研究人员计划使用来自离子束加速器的带电粒子测试未来核反应堆的候选材料。

“使用加速器测试材料比使用反应堆更快，”斯温森说，并解释说使用加速器可以在一天内完成的工作可能需要一年时间才能使用高通量测试反应堆。通常情况下，样品不会变成放射性的，受损区域可以用显微镜技术仔细切片和检查。

2016 年，斯温森帮助组织了一个为期五年的国际原子能机构协调研究项目，其中相同材料的样品被分发到多个加速器设施进行辐照，在相同的条件下，以及俄罗斯联邦的 BOR-60 快研究反应堆进行比较. 辐照后分析将有助于提高加速器设施之间的现场重现性，并阐明加速器如何筛选出性能不佳的材料。

2022 年 8 月，原子能机构举行了第二次国际辐射科学与技术应用会议(ICARST-2022)，以探讨这些问题并突出应用和电离辐射的发展。该会议除其他主题外，重点关注先进材料特定领域的进展和当前技术或经济限制，并帮助审查完善的辐射工艺在改进材料性能方面取得的成就。