Studio di Nanoscale su Danno Indotto Da Radiazioni

Published on November 19, 2012 at 3:46 AM

Per sviluppare la generazione seguente di reattori nucleari, gli scienziati dei materiali stanno provando ad aprire i segreti di determinati materiali che sono danno da radiazione tollerante.

Una colonna nana del ferro e del rame che è stata impiantata con elio (come veduto con un microscopio elettronico a scansione). La freccia indica l'interfaccia fra i due metalli. Credito: Et al./Caltech del Landò dei Peri

Ora i ricercatori all'Istituto di Tecnologia della California (Caltech) hanno portato la nuova comprensione ad uno di quelle segreto-come le interfacce fra due metalli con attenzione selezionati possono assorbire, o guarire, danno da radiazione.

“Quando si tratta del selezionare i materiali strutturali adeguati per i reattori nucleari avanzati, è cruciale che capiamo il danno da radiazione ed i sui effetti sui beni di materiali. E dobbiamo studiare questi effetti sulle funzionalità su scala ridotta isolate,„ dice Julia R. Greer, un assistente universitario di scienza dei materiali e meccanici a Caltech. Con quello in mente, Greer ed i colleghi da Caltech, da Sandia National Laboratories, da Uc Berkeley e dal Laboratorio Nazionale di Los Alamos hanno dato uno sguardo più attento a danneggiamento indotto da radiazioni, zummante tutto il modo del nanoscale-dove le lunghezze sono misurate in billionths dei metri. I Loro risultati compaiono online nelle pubblicazioni Hanno Avanzato i Materiali Funzionali e Piccolo.

Durante l'irradiamento nucleare, le particelle energetiche come i neutroni e gli ioni spostano gli atomi dai loro siti regolari della grata all'interno dei metalli che compongono un reattore, provocare le cascate delle collisioni che infine danneggiano i materiali quale l'acciaio. Uno dei sottoprodotti di questo trattamento è la formazione di bolle dell'elio. Poiché l'elio non si dissolve all'interno dei prodotti solidi, forma le bolle di gas pressurizzate che possono fondersi, facenti il poroso materiale, friabile e quindi suscettibile di rottura.

Alcuni materiali nano-costruiti possono resistere a tale danno e possono, per esempio, impedire le bolle dell'elio la fusione nei vuoti più grandi. Per esempio, alcuni nanolaminates-materiali metallici composti dei livelli alternati estremamente sottili di differente metallo-sono capaci di assorbire i vari tipi di difetti indotti da radiazioni alle interfacce fra i livelli a causa del disadattamento che esiste fra i loro sistemi cristallini.

“La Gente ha un'idea, dai calcoli, di cui le interfacce in generale possono fare e conoscono dagli esperimenti che cosa il loro effetto globale combinato è. Che Cosa non conoscono sono che cosa un'interfaccia determinata sta facendo esattamente e che ruolo specifico il nanoscale dimensiona il gioco,„ dice Greer. “E quello è che cosa potevamo studiare.„

I Peri Landò e Guo Qiang, entrambi gli studiosi postdottorali nel laboratorio di Greer ai tempi di questo studio, hanno seguito una procedura chimica chiamata galvanoplastica a coltivano le colonne miniatura di rame puro o le colonne che contengono esattamente uno interfaccia-in cui un cristallo del ferro si siede in cima ad un cristallo di rame. Poi, lavorando con i partner a Sandia ed a Los Alamos, per ripiegare l'effetto di irradiamento dell'elio, hanno impiantato quei nanopillars con gli ioni dell'elio, entrambi direttamente all'interfaccia e, negli esperimenti separati, in tutto la colonna.

I ricercatori poi hanno utilizzato uno strumento nanomechanical unico di prova, hanno chiamato il SEMentor, che è situato nel subbasement dei Laboratori di W.M. Keck Engineering che costruiscono a Caltech, sia alla compressa le colonne minuscole che alla tirata su loro come modo imparare circa i beni meccanici del colonna-come la loro lunghezza variabile quando un determinato sforzo era applicato e dove si sono rotti, per esempio.

“Questi esperimenti sono molto, molto delicato,„ il Landò dice. “Se pensate a questo proposito, ciascuno dei colonna-che sono soltanto 100 nanometri largamente e circa 700 nanometri a lungo è mille volte più sottile di singolo mèche di capelli. Possiamo vederli soltanto con i microscopi ad alta definizione.„

Il gruppo ha trovato che una volta che inserissero una piccola quantità di elio in una colonna all'interfaccia fra il ferro ed i cristalli del rame, la concentrazione della colonna ha aumentato di più di 60 per cento confrontati ad una colonna senza elio. Che molto è stato preveduto, Landò spiega, perché “l'indurimento di irradiamento è un fenomeno ben noto all'ingrosso i materiali.„ Tuttavia, nota, tale indurimento tipicamente è collegata con l'infragilimento, “e non vogliamo i materiali essere friabili.„

Sorprendente, i ricercatori hanno trovato che nei loro nanopillars, l'aumento nella concentrazione non è venuto con l'infragilimento, neanche quando l'elio è stato impiantato all'interfaccia, o quando si è distribuito largamente. Effettivamente, Greer ed il suo gruppo trovati, il materiale potevano mantenere la sua duttilità perché l'interfaccia stessa poteva deformare gradualmente nell'ambito dello sforzo.

Ciò significa che in un nanolaminate metallico materiale, le piccole bolle dell'elio possono migrare ad un'interfaccia, che non è mai più di alcuni dieci dei nanometri via, essenzialmente guarendo il materiale. “Che Cosa stiamo mostrando siamo che non importa se la bolla è all'interno dell'interfaccia o le colonne costante distribuite- non vengono a mancare mai in un catastrofico, modo brusco,„ Greer dice. Nota che l'elio impiantato bolla-che sono descritti nei Materiali Funzionali Avanzati documento-erano un - due nanometri di diametro; negli studi futuri, il gruppo ripeterà l'esperimento con le più grandi bolle alle più alte temperature per rappresentare le circostanze supplementari relative a danno da radiazione.

Nel Piccolo documento, i ricercatori hanno indicato che anche i nanopillars fatti interamente di rame, senza margotta dei metalli, hanno esibito l'indurimento indotto per irradiazione. Quel sta in forte contrasto con i risultati da lavoro precedente da altri ricercatori sui nanopillars di rame Proton-irradiati, che hanno esibito le stesse concentrazioni come quelli che non erano stati irradiati. Greer dice che questo indica la necessità di valutare i tipi differenti di difetti indotti per irradiazione al nanoscale, perché non possono tutti avere gli stessi effetti sui materiali.

Mentre nessuno è probabile costruire in qualunque momento i reattori nucleari dai nanopillars presto, Greer sostiene che è importante capire come le diversi interfacce e nanostructures si comportano. “Questo lavoro è basicamente insegnandoci che materiali di elasticità la capacità di guarire la radiazione danno-che cosa tolleranze essi ha e come progettarli,„ dice. Che le informazioni possono essere comprese nei modelli futuri di comportamento materiale che possono aiutare con la progettazione di nuovi materiali.

Sorgente: http://www.caltech.edu/

Last Update: 19. November 2012 04:31

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