Étude de Nanoscale des Dégâts Induits Par La Radiation

Published on November 19, 2012 at 3:46 AM

Afin d'établir le prochain rétablissement des réacteurs nucléaires, les scientifiques de matériaux essayent de déverrouiller les secrets de certains matériaux qui sont les radiothérapie-dégâts tolérants.

Un pilier nano d'en cuivre et de fer qui a été implanté avec de l'hélium (comme vu avec un microscope électronique de lecture). La flèche indique la surface adjacente entre les deux métaux. Crédit : Et autres de Landau de Peri/Caltech

Maintenant les chercheurs à l'Institut de Technologie de la Californie (Caltech) ont porté la compréhension neuve à un de ceux secret-comment les surfaces adjacentes entre deux métaux soigneusement sélectés peuvent absorber, ou guérir, des dommages causés par les radiations.

« Quand il s'agit de sélecter les matériaux structurels correcte pour les réacteurs nucléaires avancés, il est essentiel que nous comprennions des dommages causés par les radiations et ses effets sur des propriétés de matériaux. Et nous devons étudier ces effets sur les caractéristiques techniques à petite échelle d'isolement, » dit Julia R. Greer, un professeur adjoint de science des matériaux et mécanique chez Caltech. Dans cet esprit, Greer et collègues de Caltech, Laboratoires Nationaux de Sandia, d'Uc Berkeley, et de Laboratoire National de Los Alamos ont jeté un oeil plus attentif aux dégâts induits par la radiation, changeant de plan dedans complètement au nanoscale-où des longueurs sont mesurées dans les milliardièmes des compteurs. Leurs résultats apparaissent en ligne dans les tourillons Ont Avancé les Matériaux et le Petit Fonctionnels.

Pendant l'irradiation nucléaire, les particules énergétiques comme des neutrons et les ions déplacent des atomes de leurs sites réguliers de réseau dans les métaux qui composent un réacteur, réglant hors circuit monte en cascade des collisions qui endommagent éventuel des matériaux tels que l'acier. Un des sous-produits de ce procédé est la formation des bulles d'hélium. Puisque l'hélium ne dissout pas dans les matériaux solides, il forme les bulles de gaz pressurisées qui peuvent fusionner, effectuant le poreux matériel, fragile, et pour cette raison susceptible du bris.

Quelques matériaux nano-conçus peuvent résister à un tel dégâts et peuvent, par exemple, empêcher des bulles d'hélium de fusionner dans de plus grands vides. Par exemple, quelques nanolaminates-matériaux métalliques composés des couches alternatives extrêmement minces de différent métal-sont capables absorber les types variés de défauts induits par la radiation aux surfaces adjacentes entre les couches à cause de l'erreur d'assortiment qui existe entre leurs structures cristallines.

Les « Gens ont une idée, des calculs, de ce que les surfaces adjacentes en général peuvent faire, et elles connaissent des expériences ce qu'est leur effet global combiné. Ce Qu'est elles ne connaissent pas ce qu'exact une surface adjacente individuelle fait et quel rôle particulier le nanoscale dimensionne le jeu, » dit Greer. « Et est ce ce que nous pouvions vérifier. »

Le Landau et le Guo Qiang, les deux chercheurs post-doctoraux de Peri dans le laboratoire de Greer au moment de cette étude, ont utilisé une procédure chimique la galvanoplastie qu'appelée à élèvent les piliers miniatures du cuivre pur ou les piliers contenant exact un surface-dans lequel un cristal de fer se repose placé sur un cristal de cuivre. Puis, travaillant avec des associés chez Sandia et Los Alamos, afin de reproduire l'effet de l'irradiation d'hélium, ils ont implanté ces nanopillars avec les ions d'hélium, les deux directement à la surface adjacente et, dans des expériences indépendantes, dans tout le pilier.

Les chercheurs ont alors utilisé un instrument nanomechanical un-de-un-aimable de test, appelé le SEMentor, qui est situé dans le subbasement des Laboratoires de W.M. Keck Engineering établissant chez Caltech, à la compresse les piliers minuscules et à la traction sur elles comme voie de se renseigner sur les propriétés mécaniques du pilier-comment leur longueur changée quand un certain stress était appliqué, et où ils se sont brisés, par exemple.

« Ces expériences sont très, très fragile, » le Landau indique. « Si vous pensez cela, chacun de pilier-qui sont seulement 100 nanomètres au loin et environ 700 nanomètres long-est mille fois plus mince qu'une monocaténaire des cheveux. Nous pouvons seulement les voir avec les microscopes à haute résolution. »

L'équipe a constaté qu'une fois qu'ils inséraient un peu d'hélium dans un pilier à la surface adjacente entre le fer et les cristaux d'en cuivre, la force du pilier a augmenté de plus de 60 pour cent de comparé à un pilier sans hélium. Que beaucoup a été prévu, Landau explique, parce que le « tannage d'irradiation est un phénomène réputé en vrac les matériaux. » Cependant, il note, un tel tannage est type joint avec la fragilisation, « et nous ne voulons pas que les matériaux sont fragiles. »

Étonnant, les chercheurs ont constaté que dans leurs nanopillars, l'augmentation de la force n'est pas venue avec la fragilisation, non plus quand l'hélium a été implanté à la surface adjacente, ou quand il a été distribué plus grand. En Effet, Greer et son équipe trouvés, le matériau pouvaient mettre à jour sa ductilité parce que la surface adjacente elle-même pouvait déformer graduellement sous le stress.

Ceci signifie que dans un matériau métallique de nanolaminate, les petites bulles d'hélium peuvent migrer à une surface adjacente, qui n'est jamais plus que quelques dizaines de nanomètres loin, essentiellement guérissant le matériau. « Ce Que nous affichons est qu'il n'importe pas si la bulle est dans la surface adjacente ou les piliers uniformément distribués-le n'échouent pas jamais dans un catastrophique, la mode brusque, » Greer dit. Il note que l'hélium implanté bulle-qui sont décrits dans les Matériaux Fonctionnels Avancés papier-étaient un à deux nanomètres de diamètre ; dans de futures études, le groupe répétera l'expérience avec de plus grandes bulles à températures élevées afin de représenter des conditions supplémentaires liées aux dommages causés par les radiations.

Dans le Petit papier, les chercheurs ont prouvé que même les nanopillars faits entièrement de cuivre, sans la mise en couches des métaux, ont montré le tannage induit par irradiation. Ce reste en opposition totale avec les résultats des anciens travaux à côté d'autres chercheurs sur les nanopillars de cuivre proton-irradiés, qui ont montré les mêmes forces que ceux qui n'avaient pas été irradiés. Greer dit que ceci indique la nécessité d'évaluer différents types de défauts induits par irradiation au nanoscale, parce qu'ils peuvent tous ne pas exercer les mêmes effets sur des matériaux.

Tandis Que personne n'est susceptible d'établir les réacteurs nucléaires hors des nanopillars n'importe quand bientôt, Greer argue du fait qu'il est important de comprendre comment les différents surfaces adjacentes et nanostructures se comportent. « Ce travail est fondamentalement nous enseignant ce qui donne à des matériaux la capacité de guérir la radiothérapie dégât-ce qui les tolérances elles ont et comment les concevoir, » il dit. Que l'information peut être comportée aux futurs modèles du comportement matériel qui peuvent aider avec le design des matériaux neufs.

Source : http://www.caltech.edu/

Last Update: 19. November 2012 04:31

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