(PhysOrg.com) -- Med förnyad uppmärksamhet åt kärnkraft, en forskare från UT Dallas har fått 875 dollar, 000 Department of Energy (DOE) anslag för att utforska ett sätt att öka kraftverkens effektivitet och minska kärnavfallet.

Det är det största forskningsanslaget hittills inom universitetets unga maskintekniska avdelning.

Dr Hongbing Lu, en nanomaterialsexpert och den första innehavaren av Louis Beecherl Jr. -stolen i maskinteknik vid Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science, kommer att simulera sprickor som bildas i metallegeringsytan, eller beklädnad, av kärnbränslestavar. Dessa sprickor - som utvecklas i den stressiga reaktormiljön med enorm värme, korrosion, bestrålning och tryck - är mikroskopiska i storlek men kan orsaka en minskning av bränsleförbränningshastigheten, minska kraftverkens effektivitet och öka kärnavfallet.

"Vi arbetar på en mycket generell simuleringsmetodik som kan tillämpas på den typen av miljö, " sa Lu. "Det är mer än bara spricktillväxt. Vi måste förstå hur materialet beter sig under extrem press, temperatur, korrosion och bestrålning. Med den metod vi använder, vi tar alla dessa faktorer i beaktande och införlivar materiella beteenden i vissa matematiska modeller för att beskriva dem under mycket komplicerade förhållanden."

Lu och hans team kommer att generera data om effekterna av tryck och temperatur, ta med DOE -information om klyvning och information från andra laboratorier om effekterna av korrosion.

"När vi har samlat all information om kärnbränslebeklädnad i den miljön, då kommer vi att kunna koppla in allt i en simuleringskod och utveckla en bättre förståelse för hur snabbt sprickorna växer, " sa Lu. "Då kan vi gå längre än simuleringarna och börja arbeta med verkligt material som testats i regeringens laboratorier."

Det slutliga målet är att använda resultaten för att komma fram till ett bättre bränslebeklädnadsmaterial, men arbetet bör ha tillämpning inom en mängd andra områden också.

"Samma simuleringsmetoder som vi utvecklar kan tillämpas på andra delar av ett kärnkraftverk, " sa Lu. "Ta tryckkärlen, till exempel. Miljön kanske inte är lika extrem som i bränslekapslingen - temperaturen och strålningen kan vara lägre - men, övergripande, de två miljöerna är väldigt lika. Och om du tar bort strålningen, du kan tillämpa metoderna på andra högtrycksmiljöer som motorer.”

Trots långvariga bekymmer från allmänheten om kärnkraftverkens säkerhet även årtionden efter kärnkraftsolyckorna Three-Mile Island och Tjernobyl, planeten är mitt i det som har kallats en kärnkraftsrenässans, särskilt i Kina och Indien. Lu hoppas kunna dämpa människors oro.

"Med användning av modern teknik, kärnkraft är verkligen säker, ”Sa Lu. "Det är helt annorlunda än för många decennier sedan. Kärnfysiken har redan listats ut. Andra saker dikterar effektiviteten av bränsleförbränningen. Du behöver människor från alla discipliner. Mitt bidrag har att göra med mekaniken och materialaspekterna av kärnklyvningsprocessen.”

Energi är en av de primära frågorna som samhället måste hantera just nu, han lade till, noterar att alternativ till fossila bränslen är desperat nödvändiga.