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Estudo de Nanoscale de Dano Radiação-Induzido

Published on November 19, 2012 at 3:46 AM

A fim construir a próxima geração de reactores nucleares, os cientistas dos materiais estão tentando destravar os segredos de determinados materiais que são radiação-dano tolerante.

Uma coluna nano do cobre e do ferro que fosse implantada com hélio (como visto com um microscópio de elétron da exploração). A seta aponta à relação entre os dois metais. Crédito: E outros do Landau do Peri/Caltech

Os pesquisadores no Instituto de Tecnologia de Califórnia (Caltech) têm trazido Agora a compreensão nova a um daquelas segredo-como as relações entre dois metais com cuidado selecionados podem absorver, ou curar, dano de radiação.

“Quando se trata de selecionar materiais estruturais apropriados para reactores nucleares avançados, é crucial que nós compreendemos dano de radiação e seus efeitos em propriedades de materiais. E nós precisamos de estudar estes efeitos em características em escala reduzida isoladas,” diz Julia R. Greer, um professor adjunto da ciência de materiais e mecânicos em Caltech. Com isso em mente, Greer e os colegas de Caltech, Laboratórios Nacionais de Sandia, de Uc Berkeley, e do Laboratório Nacional de Los Alamos olharam um olhar mais atento dano radiação-induzido, zumbindo em toda a maneira ao nanoscale-onde os comprimentos são medidos nos billionths dos medidores. Seus resultados aparecem em linha nos jornais Avançaram Materiais Funcionais e Pequeno.

Durante a irradiação nuclear, as partículas energéticas como nêutrons e os íons deslocam átomos de seus locais regulares da estrutura dentro dos metais que compo um reactor, ajustando-se fora conectam das colisões que danificam finalmente materiais tais como o aço. Um dos byproducts deste processo é a formação de bolhas do hélio. Desde Que o hélio não se dissolve dentro dos materiais contínuos, forma as bolhas de gás pressurizadas que podem coalescer, fazendo o poroso material, frágil, e conseqüentemente suscetível à ruptura.

Alguns materiais nano-projetados podem resistir tal dano e podem, por exemplo, impedir que as bolhas do hélio coalesçam em vácuos maiores. Por exemplo, alguns nanolaminates-materiais metálicos compo de camadas alternas extremamente finas de diferente metal-estão capazes de absorver vários tipos de defeitos radiação-induzidos nas relações entre as camadas devido à má combinação que existe entre suas estruturas de cristal.

Os “Povos têm uma ideia, das computações, do que as relações no conjunto podem fazer, e conhecem das experiências qual seu efeito global combinado é. O Que não conhece é o que exactamente uma relação individual está fazendo e que papel específico o nanoscale dimensiona o jogo,” diz Greer. “E aquele é o que nós podíamos investigar.”

O Landau do Peri e Guo Qiang, ambos os eruditos pos-doctoral no laboratório de Greer na altura deste estudo, usaram um procedimento químico chamado galvanizar a crescem colunas diminutas do cobre puro ou colunas que contêm exactamente um relação-em que um cristal do ferro se senta sobre um cristal de cobre. Então, trabalhando com os sócios em Sandia e em Los Alamos, a fim replicate o efeito da irradiação do hélio, implantaram aqueles nanopillars com íons do hélio, ambos directamente na relação e, em experiências separadas, durante todo a coluna.

Os pesquisadores usaram então um instrumento nanomechanical um--um-amável do teste, chamaram o SEMentor, que é ficado situado no subbasement dos Laboratórios de W.M. Keck Engenharia que constroem em Caltech, à compressa as colunas minúsculas e à tracção nelas como uma maneira de aprender sobre as propriedades mecânicas do coluna-como seu comprimento mudado quando um determinado esforço era aplicado, e onde quebrou, por exemplo.

“Estas experiências são muito, muito delicado,” o Landau diz. “Se você pensa sobre ele, cada um dos coluna-que são somente 100 nanômetros largamente e aproximadamente 700 nanômetros longo-está mil vezes mais fino do que uma única costa do cabelo. Nós podemos somente vê-los com microscópios de alta resolução.”

A equipe encontrou que uma vez que introduziram uma pequena quantidade de hélio em uma coluna na relação entre o ferro e os cristais do cobre, a força da coluna aumentou por mais de 60 por cento comparados a uma coluna sem o hélio. Que muito estêve esperado, Landau explica, porque a “irradiação que se endurece é um fenômeno conhecido em materiais de maioria.” Contudo, nota, tal endurecimento é ligada tipicamente com a fragilização, “e nós não queremos materiais ser frágeis.”

Surpreendentemente, os pesquisadores encontraram que em seus nanopillars, o aumento na força não veio junto com a fragilização, tampouco quando o hélio foi implantado na relação, ou quando foi distribuído mais amplamente. Certamente, Greer e sua equipe encontrados, o material podiam manter sua ductilidade porque a relação própria podia se deformar gradualmente sob o esforço.

Isto significa que em um nanolaminate metálico material, as bolhas pequenas do hélio podem migrar a uma relação, que seja nunca mais do que alguns dez dos nanômetros afastado, essencialmente curando o material. “O Que nós estamos mostrando somos que não importa se a bolha está dentro da relação ou as colunas uniformemente distribuídas- não falham nunca em um catastrófico, a forma abrupta,” Greer diz. Nota que o hélio implantado bolha-que são descritas nos Materiais Funcionais Avançados papel-estavam um a dois nanômetros no diâmetro; nos estudos futuros, o grupo repetirá a experiência com bolhas maiores em umas mais altas temperaturas a fim representar as circunstâncias adicionais relativas a dano de radiação.

No papel Pequeno, os pesquisadores mostraram que mesmo os nanopillars feitos inteiramente do cobre, sem a estratificação dos metais, endurecimento irradiação-induzido exibido. Esse está em total contraste com os resultados dos trabalhos anteriores por outros pesquisadores nos nanopillars de cobre Proton-irradiados, que exibiram as mesmas forças que aqueles que não tinham sido irradiadas. Greer diz que este aponta à necessidade de avaliar tipos diferentes de defeitos irradiação-induzidos no nanoscale, porque não podem todos ter os mesmos efeitos em materiais.

Quando ninguém for provável construir muito em breve reactores nucleares fora dos nanopillars, Greer argumente que é importante compreender como as relações e os nanostructures individuais se comportam. “Este trabalho é basicamente ensinando nos o que dá a materiais a capacidade para curar a radiação dano-que as tolerâncias elas têm e como o projectar,” diz. Que a informação pode ser incorporada nos modelos futuros do comportamento material que podem ajudar com o projecto de materiais novos.

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

Last Update: 19. November 2012 04:33

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