幅射线导致的故障的 Nanoscale 研究

Published on November 19, 2012 at 3:46 AM

为了建立核反应堆的下一代,材料科学家设法打开是宽容的辐射故障某些材料的秘密。

种入了与氦气的铜和铁纳诺柱子 (如看见与扫描电子显微镜)。 这个箭头指向这个界面在二种金属之间。 赊帐: 仙子四轮马车等/加利福尼亚理工学院

现在加州理工学院的研究员 (加利福尼亚理工学院) 带来新的了解到那些当中的一个二种仔细所选的金属之间的界面秘密如何可能吸收或者愈合,辐射损伤。

“当谈到选择适当的结构上的材料先进的核反应堆的,是关键的我们了解辐射损伤和其作用对有形资产。 并且我们需要学习对查出的小规模功能的这些作用”,在加利福尼亚理工学院茱莉亚 R. Greer、材料学一位助理教授和机械工说。 鉴于此, Greer 和同事从加利福尼亚理工学院, Sandia 国家实验室,加州大学伯克利分校和洛斯阿拉莫斯国家实验室采取了仔细的审视在幅射线导致的故障,一直放大对 nanoscale 长度在仪表 billionths 被评定。 他们的结果在线在日记帐上出现提前功能材料和小。

在核辐照区域时,象中子的精力充沛的微粒和离子偏移从他们的正常格子站点的原子在组成一台反应器的金属内,引起根本地损坏材料例如钢冲突的级联。 其中一个此进程副产品是氦气泡影的形成。 因为氦气不在固体物料内溶化,它形成可能联合的被加压的气泡,做物质多孔,易碎,并且易受影响破损。

那些纳诺设计的材料能抵抗这样故障,并且可能,例如,防止氦气泡影联合到更大的无效。 例如,那些金属 nanolaminates 材料由非常稀薄的交替的层不同做成金属是能吸收幅射线导致的缺陷的多种类型在层之间的界面由于存在他们的晶体结构之间的配错。

“人们有一个想法,从计算,整体上什么界面可能执行,并且他们从实验认识什么他们联合的全球作用是。 什么他们不认识是什么一个单个界面正确地执行,并且什么特定角色 nanoscale 度量作用”, Greer 说。 “并且那是什么我们能调查”。

仙子四轮马车和郭 Qiang,两位博士后的学者在此研究时的 Greer 的实验室,使用了一个化工程序叫电镀对生长纯铜微型正确地包含铁水晶在铜水晶上面坐的一的柱子或柱子界面。 然后,工作与合作伙伴在 Sandia 和洛斯阿拉莫斯,为了复制氦气辐照区域的作用,他们种入了与氦气离子,两个的那些 nanopillars 直接地在界面,并且,在单独实验,在这根柱子中。

研究员然后使用了一台独特的 nanomechanical 测试仪器,叫 SEMentor,柱子如何位于编译在加利福尼亚理工学院的 W.M. Keck Engineering 实验室地下第二层,压缩微小的柱子和下拉式的他们作为方式得知机械性能他们的被更改的长度,当某一重点是应用的,并且他们中断了的地方例如。

“这些实验是非常,非常精美”,四轮马车说。 “如果您考虑,柱子只是 100 毫微米宽和大约 700 毫微米的每一个比头发一根头发丝长是一千次稀薄。 我们能只看到他们与高分辨率显微镜”。

这个小组发现了,一旦他们插入了少量的氦气到柱子在铁和铜水晶之间的界面,柱子的力量增加了超过 60% 与柱子比较,不用氦气。 预计了,四轮马车解释,因为 “硬化的辐照区域是在粒状材料的一种著名的现象”。 然而,她注意,这样硬化与脆化典型地链接, “并且我们不希望材料是易碎的”。

惊奇地,研究员发现在他们的 nanopillars,在力量的增量没有来以及脆化,或者,当氦气被种入了在这个界面,或者,当宽广地分配了它。 的确,因为这个界面能逐渐扭屈在重点下,找到的 Greer 和她的小组,材料能维护其延展性。

这意味着在物质一金属的 nanolaminate,小的氦气泡影能移居到界面,比一些十倍从未是更多毫微米外,根本愈合材料。 “什么我们显示是那没关系,如果泡影在这个界面内或统一被分配这的柱子不失效灾难,突然的方式”, Greer 说。 她注意到,泡影在先进的功能材料被描述文件是直径的一到二毫微米的被种入的氦气; 在将来的研究中,这个组将重复与更大的泡影的实验在高温为了表示另外的情况与辐射损伤有关。

在小的文件,研究员向显示甚而 nanopillars 完全地由铜制成,没有分层堆积金属,陈列了照射感应硬化。 该突出与从以前的工作的结果形成显明对比在氢核被照耀的铜 nanopillars 的其他研究员旁边,陈列力量和一样那些未被照耀。 Greer 说这指向需要评估照射感应的缺陷的不同的类型在 nanoscale,因为他们可能不全部有对材料的同样作用。

当没人可能很快时建造核反应堆出于 nanopillars, Greer 论证知道是重要的各自的界面和 nanostructures 如何正常运行。 “此工作是基本上教我们什么产生材料这个能力愈合辐射故障什么容差他们有,并且如何设计他们”,她说。 信息可以合并到可能帮助与新的材料设计物质工作情况里的将来的设计。

来源: http://www.caltech.edu/

Last Update: 19. November 2012 04:30

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