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幅射線導致的故障的 Nanoscale 研究

Published on November 19, 2012 at 3:46 AM

為了建立核反應堆的下一代,材料科學家設法打開是寬容的輻射故障某些材料的秘密。

種入了與氦氣的銅和鐵納諾柱子 (如看見與掃描電子顯微鏡)。 這個箭頭指向這個界面在二種金屬之間。 赊帳: 仙子四輪馬車等/加利福尼亞理工學院

現在加州理工學院的研究員 (加利福尼亞理工學院) 帶來新的瞭解到那些當中的一個二種仔細所選的金屬之間的界面秘密如何可能吸收或者癒合,輻射損傷。

「當談到選擇適當的結構上的材料先進的核反應堆的,是關鍵的我們瞭解輻射損傷和其作用對有形資產。 并且我們需要學習對查出的小規模功能的這些作用」,在加利福尼亞理工學院茱莉亞 R. Greer、材料學一位助理教授和機械工說。 鑒於此, Greer 和同事從加利福尼亞理工學院, Sandia 國家實驗室,加州大學伯克利分校和洛斯阿拉莫斯國家實驗室採取了仔細的審視在幅射線導致的故障,一直放大對 nanoscale 長度在儀表 billionths 被評定。 他們的結果在線在日記帳上出現提前功能材料和小。

在核輻照區域時,像中子的精力充沛的微粒和離子偏移從他們的正常格子站點的原子在組成一臺反應器的金屬內,引起根本地損壞材料例如鋼衝突的級聯。 其中一個此進程副產品是氦氣泡影的形成。 因為氦氣不在固體物料內溶化,它形成可能聯合的被加壓的氣泡,做物質多孔,易碎,並且易受影響破損。

那些納諾設計的材料能抵抗這樣故障,并且可能,例如,防止氦氣泡影聯合到更大的無效。 例如,那些金屬 nanolaminates 材料由非常稀薄的交替的層不同做成金屬是能吸收幅射線導致的缺陷的多種類型在層之間的界面由於存在他們的晶體結構之間的配錯。

「人們有一個想法,從計算,整體上什麼界面可能執行,并且他們從實驗認識什麼他們聯合的全球作用是。 什麼他們不認識是什麼一個單個界面正確地執行,并且什麼特定角色 nanoscale 度量作用」, Greer 說。 「并且那是什麼我們能調查」。

仙子四輪馬車和郭 Qiang,兩位博士後的學者在此研究時的 Greer 的實驗室,使用了一個化工程序叫電鍍對生長純銅微型正確地包含鐵水晶在銅水晶上面坐的一的柱子或柱子界面。 然後,工作與合作夥伴在 Sandia 和洛斯阿拉莫斯,為了複製氦氣輻照區域的作用,他們種入了與氦氣離子,兩個的那些 nanopillars 直接地在界面,并且,在單獨實驗,在這根柱子中。

研究員然後使用了一臺獨特的 nanomechanical 測試儀器,叫 SEMentor,柱子如何位於編譯在加利福尼亞理工學院的 W.M. Keck Engineering 實驗室地下第二層,壓縮微小的柱子和下拉式的他們作為方式得知機械性能他們的被更改的長度,當某一重點是應用的,并且他們中斷了的地方例如。

「這些實驗是非常,非常精美」,四輪馬車說。 「如果您考慮,柱子只是 100 毫微米寬和大約 700 毫微米的每一個比頭髮一根頭髮絲長是一千次稀薄。 我們能只看到他們與高分辨率顯微鏡」。

這個小組發現了,一旦他們插入了少量的氦氣到柱子在鐵和銅水晶之間的界面,柱子的力量增加了超過 60% 與柱子比較,不用氦氣。 預計了,四輪馬車解釋,因為 「硬化的輻照區域是在粒狀材料的一種著名的現象」。 然而,她注意,這樣硬化與脆化典型地鏈接, 「并且我們不希望材料是易碎的」。

驚奇地,研究員發現在他們的 nanopillars,在力量的增量沒有來以及脆化,或者,當氦氣被種入了在這個界面,或者,當寬廣地分配了它。 的確,因為這個界面能逐漸扭屈在重點下,找到的 Greer 和她的小組,材料能維護其延展性。

這意味著在物質一金屬的 nanolaminate,小的氦氣泡影能移居到界面,比一些十倍從未是更多毫微米外,根本癒合材料。 「什麼我們顯示是那没关系,如果泡影在這個界面內或統一被分配這的柱子不失效災難,突然的方式」, Greer 說。 她注意到,泡影在先進的功能材料被描述文件是直徑的一到二毫微米的被種入的氦氣; 在將來的研究中,這個組將重複與更大的泡影的實驗在高溫為了表示另外的情況與輻射損傷有關。

在小的文件,研究員向顯示甚而 nanopillars 完全地由銅製成,沒有分層堆積金屬,陳列了照射感應硬化。 該突出與從以前的工作的結果形成顯明對比在氫核被照耀的銅 nanopillars 的其他研究員旁邊,陳列力量和一樣那些未被照耀。 Greer 說這指向需要評估照射感應的缺陷的不同的類型在 nanoscale,因為他們可能不全部有對材料的同樣作用。

當沒人可能很快時建造核反應堆出於 nanopillars, Greer 論證知道是重要的各自的界面和 nanostructures 如何正常運行。 「此工作是基本上教我們什麼產生材料這個能力癒合輻射故障什麼容差他們有,并且如何設計他們」,她說。 信息可以合併到可能幫助與新的材料設計物質工作情況裡的將來的設計。

來源: http://www.caltech.edu/

Last Update: 19. November 2012 04:30

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