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放射線誘発の損傷の Nanoscale の調査

Published on November 19, 2012 at 3:46 AM

原子炉の次世代を構築するためには、材料の科学者は耐久性がある放射損傷であるある特定の材料の秘密をロック解除することを試みています。

ヘリウムと植え付けられた (走査型電子顕微鏡によって見られる) 銅および鉄の nano 柱。 矢は 2 つの金属の間でインターフェイスを指します。 信用: Peri のランドー馬車の等/Caltech

ここで (Caltech) カリフォルニア工科大学の研究者はそれらの 1 に 2 つの注意深く指定金属間のインターフェイスが秘密どのように照射損傷吸収するか、または直ることができるか新しい理解を持って来てしまいました。

「高度の原子炉、に適切な構造材料を選ぶことに関しては私達が材料特性に対する照射損傷そして効果を理解することは重大です。 そして私達は隔離された小規模機能に対するこれらの効果を調査する必要があります」 Caltech で物質科学のジュリア R. Greer、助教授および機械工を言います。 長さがメートルの billionths で測定されるか nanoscale ところこれを念頭において、 Caltech、 Sandia の国立研究所は、カリフォルニア州立大学バークレー校ずっと急上昇するへの放射線誘発の損傷をおよびロスアラモス研究所からの Greer そして同僚吟味しました。 結果はジャーナルでオンラインで進めました機能材料を小さい書かれ。

核照射の間に、中性子のような精力的な粒子およびイオンはリアクターを構成する最終的に鋼鉄のような材料を損なう衝突のカスケードを引き起こす金属内の規則的な格子サイトからの原子を転置します。 このプロセスの副産物の 1 つはヘリウムの泡の形成です。 従ってヘリウムは固体材料の内で分解しないので、合体できる物質的な多孔性を、壊れやすい作る、加圧気泡を破損に敏感形作り。

ある nano 設計された材料はそのような損傷に抵抗でき、より大きいボイドに、例えばかもしれませんヘリウムの泡が合体することを防ぐ。 例えば、別の非常に薄い交互になる層から成っているある金属 nanolaminates 材料は結晶構造の間にある不適当な組み合わせのために層間のインターフェイスでさまざまなタイプの放射線誘発の欠陥を吸収金属できます。

「結合された全体的な効果がであるものインターフェイスが全体としてかもしれない、実験から知っていますものをの人々に考えが、計算から、するあり。 丁度 1 つの個々のインターフェイスがし、こと特定の役割 nanoscale が演劇の寸法を測るどんなである知らない何を」、 Greer を言います。 「それは私達が調査」。できたものであり、

Peri のランドー馬車および郡野 Qiang のこの調査の時の Greer の実験室の両方の博士課程終了後の学者は、電気めっきに呼出された化学プロシージャを育てます純粋な銅のミニチュアインターフェイス鉄の水晶が銅の水晶頂上坐る 1 つを丁度含んでいる柱か柱を使用しました。 それから、ヘリウムの照射の効果を複製するために、 Sandia およびロスアラモスでパートナーと働いてヘリウムイオン、インターフェイスのそして、別の実験で、柱全体の両方が付いているそれらの nanopillars を直接植え付けました。

研究者はそれから壊れたところある特定の圧力が応用だった、例えばときにユニークな nanomechanical テストの器械を、呼出しましたそれらにの機械特性について学ぶ方法として圧縮機械小さい柱および引き両方への Caltech で、構築する W.M. Keck Engineering の実験室の subbasement に柱どのように変更される長さある SEMentor を使用し。

「これらの実験非常にあります、非常に敏感」はとランドー馬車は言います。 「それについて考えれば、柱たった 100 ナノメーター広くそして約 700 ナノメーターのの各自は毛の単一繊維より薄いです千倍ずっと。 私達は高解像の顕微鏡とのそれらしか見ないことができます」。

チームはヘリウムなしで柱と比較された 60% 以上それらが鉄と銅の水晶間のインターフェイスで柱にわずかヘリウムを挿入したらことが、柱の強さ増加しました分りました。 多くは、ランドー馬車期待されたこと 「堅くなる照射第一次製品の有名な現象」。がであるので、説明します ただし、彼女はぜい化と、そのような堅くなること普通リンクされます注意し、 「私達は壊れやすくてほしくないです材料に」。

意外にも、研究者はヘリウムがインターフェイスで植え付けられるか、またはより広く配られたときに nanopillars に、強さの増加がぜい化と共に来なかったことが、分りました。 実際にインターフェイス自体が圧力の下で次第に変形できたので、見つけられた Greer および彼女のチームは材料延性を維持できました。

これは物質的な金属 nanolaminate で小さいヘリウムの泡が決してナノメーターの少数の 10 より多くではないインターフェイスに移行できることを意味しま、本質的に材料を直します。 「私達が泡がインターフェイスの内にあるかまたは均一に配られた柱が破局的のに失敗しなければ重要ではないことである示している何を、突然の方法と」、 Greer は言います。 彼女は植え付けられたヘリウムことに注意します泡直径の 1 から 2 ナノメーターによってがペーパーあった高度の機能材料で記述されている; 未来の調査では、グループは高温で照射損傷と関連していた追加条件を表すためにより大きい泡との実験を繰り返します。

小さいペーパーでは、研究者は金属の層になること無しで銅から、完全に成っていた nanopillars が照射誘発に堅くを表わしたことを示しました。 それは照射されなかったそれら同じ強さを表わしたプロトン照射された銅の nanopillars の他の研究者によって前の仕事からの結果とはっきりと対照を成します。 Greer はすべて材料に対する同じ効果をもたらさないかもしれないのでこれが nanoscale で異なったタイプの照射誘発の欠陥を評価する必要性を指すと言います。

誰も本当らしくない nanopillars から原子炉をすぐ構築するために間、 Greer は個々のインターフェイスおよび nanostructures がどのように動作するか理解することは重要であることを論争します。 それらを設計する方法を 「許容にあり、損傷何が」はとか材料に放射を直す機能を与えるものがこの作業で基本的に私達に教えます彼女は言います。 情報は新しい材料のデザインと助けることができる物質的な動作の未来のモデルに組み込むことができること。

ソース: http://www.caltech.edu/

Last Update: 19. November 2012 04:32

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