无论新旧设计的核反应堆，石墨都是关键部件，同时也是因辐射易变形的部件之一。此前，石墨因辐射发生变化的原因难以研究，不过麻省理工学院的科学家现已发现这种非金属特性与其辐射反应之间的联系，可更准确预测全球核反应堆中石墨的寿命。
麻省理工学院研究科学家、新研究资深作者鲍里斯·卡科维奇称，团队开展基础科学研究，旨在了解导致石墨结构膨胀并最终失效的原因。他补充说，虽仍需更多研究，但此发现提出无需分解数百个辐照样本就能了解其失效点的想法。
石墨在核反应堆中作用重大，主要用于降低受控链式反应中中子的速度，最大应用是作为慢化剂和反射器。它作为良好的中子减速剂，能减缓核裂变释放的中子，使其更易产生裂变并维持链式反应。1942年，世界上第一座核反应堆在芝加哥大学建成，使用了约4万块石墨块，如今它仍是核反应堆关键部件，约占反应堆建设成本的三分之二，且在未来的熔盐和高温气体反应堆等设计中也将发挥核心作用。
尽管已知清洁制造石墨的方法，但其在核反应堆中的应用仍有复杂性。卡科维奇表示，虽石墨仅由碳原子组成，却可称其为复合材料，包含结晶性更高的“填料颗粒”、结晶性较低的基质“粘合剂”，以及长度从纳米到微米级的孔隙。每种等级材料都有自身复合结构，不同尺度下形状相同，这些复杂性使预测特定石墨块在辐射下的行为变得困难。通常，石墨辐射后会先致密、体积缩小高达10%，随后膨胀并开裂。
科学家从橡树岭国家实验室获取辐照样品，使用X射线散射分析技术观察样品孔径和表面积的分布。该技术利用X射线束的散射强度分析材料特性，此前分形模型虽用于石墨样品，但从未用于辐照样品。他们发现，石墨首次暴露于辐射时，随着材料降解，孔隙会被填满。麻省理工学院研究科学家肖恩·费法尔称，令他们意外的是，孔径分布会恢复，且此恢复过程与整体体积图相符，石墨长时间辐照后似乎开始恢复，类似退火过程，会产生新孔径，这些孔径会平滑并略微变大。
科学家还发现，孔径分布与辐射损伤引起的体积变化非常接近。卡科维奇补充道，发现孔隙尺寸分布与石墨体积变化之间存在强相关性是新发现，了解石墨部件在受力及辐射下失效概率的变化至关重要。
目前，该团队计划研究其他等级的石墨，探索辐照石墨中孔径与失效概率的关系，推测可使用威布尔分布统计技术预测石墨失效时间。此外，这些发现还有助于理解其他材料在辐射下致密和膨胀的原因。该开放获取论文已发表在《跨学科材料》杂志上。
