Estudio de Nanoscale del Daño Inducido Por Radiación

Published on November 19, 2012 at 3:46 AM

Para construir la generación siguiente de reactores nucleares, los científicos de los materiales están intentando abrir los secretos de ciertos materiales que sean radiación-daño tolerante.

Un pilar nano del cobre y del hierro que se ha implantado con helio (según lo visto con un microscopio electrónico de exploración). La flecha apunta al interfaz entre los dos metales. Haber: Y otros/Caltech del Landó del Peri

Ahora los investigadores en el Instituto de Tecnología de California (Caltech) han traído la nueva comprensión a uno de ésos secreto-cómo los interfaces entre dos metales cuidadosamente seleccionados pueden absorber, o curar, daño de radiación.

“Cuando se trata de seleccionar los materiales estructurales apropiados para los reactores nucleares avanzados, es crucial que entendemos daño de radiación y sus efectos sobre propiedades de materiales. Y necesitamos estudiar estos efectos sobre características a escala reducida aisladas,” dice a Julia R. Greer, profesor adjunto de la ciencia material y mecánicos en Caltech. Con esto en mente, Greer y los colegas de Caltech, de Sandia National Laboratories, de Uc Berkeley, y del Laboratorio Nacional de Los Alamos han hechado una ojeada a una mirada más atenta el daño inducido por radiación, empinadura hacia adentro hasta el final a nanoscale-donde las longitudes se miden en billionths de contadores. Sus resultados aparecen en línea en los gorrones Avance los Materiales Funcionales y Pequeño.

Durante la irradiación nuclear, las partículas enérgicas como los neutrones y los iones dislocan los átomos de sus sitios regulares del cedazo dentro de los metales que componen un reactor, fijando lejos conectan en cascada de las colisiones que dañan final los materiales tales como acero. Uno de los subproductos de este proceso es la formación de burbujas del helio. Puesto Que el helio no disuelve dentro de los materiales sólidos, forma las burbujas de gas a presión que pueden unirse, haciendo el poroso material, quebradizo, y por lo tanto susceptible a la rotura.

Algunos materiales nano-dirigidos pueden resistir tal daño y pueden, por ejemplo, evitar que las burbujas del helio se unan en claros más grandes. Por ejemplo, algunos nanolaminates-materiales metálicos compuestos de capas de alternancia extremadamente finas de diferente metal-son capaces de absorber los diversos tipos de defectos inducidos por radiación en los interfaces entre las capas debido a la discordancía que existe entre sus estructuras cristalinas.

La “Gente tiene una idea, de cómputos, de lo que pueden hacer los interfaces en conjunto, y conocen de experimentos cuál es su efecto global combinado. Qué él no conoce es lo que está haciendo exactamente un interfaz individual y qué papel específico dimensiona el nanoscale el juego,” dice Greer. “Y eso es cuál podíamos investigar.”

El Landó y Guo Qiang, ambos escolares postdoctorales del Peri en el laboratorio de Greer a la hora de este estudio, utilizaron un procedimiento químico llamado electrochapado a crecen pilares miniatura del cobre puro o los pilares que contenían exactamente uno interfaz-en el cual un cristal del hierro se sienta encima de un cristal de cobre. Entonces, trabajando con los socios en Sandia y Los Alamos, para replegar el efecto de la irradiación del helio, implantaron esos nanopillars con los iones del helio, ambos directamente en el interfaz y, en experimentos separados, en el pilar.

Los investigadores entonces utilizaron un único instrumento nanomechanical de la prueba, llamaron el SEMentor, que está situado en el subbasement de los Laboratorios de W.M. Keck Engineering que construyen en Caltech, a la compresa los pilares minúsculos y al tirón en ellos como manera de aprender sobre las propiedades mecánicas del pilar-cómo su longitud cambiada cuando cierta tensión era aplicada, y donde él se rompió, por ejemplo.

“Estos experimentos están muy, muy delicado,” el Landó dice. “Si usted piensa en él, cada uno de los pilar-que son solamente 100 nanómetros de par en par y cerca de 700 nanómetros largo-es mil veces más fino que un único hilo del pelo. Podemos verlas solamente con los microscopios de alta resolución.”

Las personas encontraron que una vez que insertaron una pequeña cantidad de helio en un pilar en el interfaz entre el hierro y los cristales del cobre, la fuerza del pilar aumentaron en el más de 60 por ciento comparado a un pilar sin helio. Que mucho fue preveído, Landó explica, porque la “irradiación que endurece es un fenómeno bien conocido en materiales a granel.” Sin Embargo, ella observa, tal endurecimiento se conecta típicamente a la fragilidad, “y no quisiéramos que los materiales fueran quebradizos.”

Asombrosamente, los investigadores encontraron que en sus nanopillars, el aumento en fuerza no vino junto con la fragilidad, tampoco cuando el helio fue implantado en el interfaz, o cuando fue distribuido más ampliamente. De Hecho, Greer y sus personas encontrados, el material podían mantener su ductilidad porque el interfaz sí mismo podía deformar gradualmente bajo tensión.

Esto significa que en un nanolaminate metálico material, las pequeñas burbujas del helio pueden emigrar a un interfaz, que nunca es más que algunos diez de nanómetros de distancia, esencialmente curando el material. “Qué estamos mostrando somos que no importa si la burbuja está dentro del interfaz o los pilares uniformemente distribuidos- no fallan nunca en un catastrófico, la moda precipitada,” Greer dice. Ella observa que el helio implantado burbuja-que se describen en los Materiales Funcionales Avanzados papel-eran un a dos nanómetros de diámetro; en los estudios futuros, el grupo relanzará el experimento con burbujas más grandes en temperaturas más altas para representar las condiciones adicionales relacionadas con el daño de radiación.

En el Pequeño papel, los investigadores mostraron que incluso los nanopillars hechos totalmente del cobre, sin acodar de metales, exhibieron el endurecimiento inducido por irradiación. Ese defiende en fuerte contraste con los resultados del trabajo previo otros investigadores en los nanopillars de cobre protón-irradiados, que exhibieron las mismas fuerzas que los que no habían sido irradiadas. Greer dice que éste apunta a la necesidad de evaluar diversos tipos de defectos inducidos por irradiación en el nanoscale, porque pueden todos no tener los mismos efectos sobre los materiales.

Mientras Que nadie es probable construir los reactores nucleares fuera de nanopillars en cualquier momento pronto, Greer sostiene que es importante entender cómo los interfaces y los nanostructures individuales se comportan. “Este trabajo es básicamente enseñándonos a qué da a materiales la capacidad de curar la radiación daño-qué las tolerancias ellas tienen y cómo diseñarlos,” ella dice. Que la información se puede incorporar en los modelos futuros del comportamiento material que pueden ayudar con el diseño de nuevos materiales.

Fuente: http://www.caltech.edu/

Last Update: 19. November 2012 04:34

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