Genovervejelse af skadeproduktion og strålingsblanding i materialer

At forstå arten af ​​strålingsskader i materialer er af afgørende betydning for at kontrollere sikkerheden af ​​atomreaktorer, halvlederteknologi, og design af pålidelige enheder i rummet. I mere end 60 år, standardmetoden til at estimere strålingsskader i materialer analytisk har været en simpel ligning kendt som Kinchin-Pease. Imidlertid, antallet af forskydninger pr. atom (DPA) opnået fra denne ligning svarer normalt ikke til nogen fysisk målelig mængde i almindelige metaller. Dette blev etableret eksperimentelt for omkring 40 år siden, og computersimuleringer udført i løbet af de sidste 25 år har klart fastslået den fysiske årsag hertil.

"Forklaringen er, Kort om, det i metaller, bestråling frembringer på picosekunders tidsskalaer en væskelignende zone, hvor nedkølingsfasen rekombinerer meget af den oprindeligt producerede skade, fører til en tredjedel reduktion af skader, siger professor Kai Nordlund, som ledede holdets søgen efter mere præcise forudsigelser af materialers anvendelighed i nukleare miljøer. Forskerne har offentliggjort deres resultater i Naturkommunikation .

"På den anden side, dannelsen af ​​den forbigående væske fører til en enorm mængde atomer i krystallen, omkring en faktor 30 mere end DPA-værdien, erstattes af andre, efter at væsken er afkølet, " han siger.

Selvom disse problemer er veletablerede, der har indtil nu ikke været noget forsøg på at rette op på problemerne med standard DPA-ligningerne.

I deres artikel, med titlen "Forbedring af atomforskydning og udskiftningsberegninger med fysisk realistiske skadesmodeller, "Forskerne præsenterer resultatet af deres forskning. Det førte til formuleringen af ​​to nye ligninger, den atermiske rekombinationskorrigerede DPA (arc-DPA) og udskiftnings-per-atom (RPA) funktionerne, hvilken, med en minimal stigning i beregningsmæssig kompleksitet, give mulighed for nøjagtige og eksperimentelt testbare forudsigelser af skadeproduktion og strålingsblanding i materialer.

Forskerne forventer, at de nye ligninger vil være grundlaget for at formulere mere pålidelige og effektive forudsigelser af materialers brugbare levetid i atomreaktorer og andre miljøer med høje niveauer af ioniserende stråling. Dette er især vigtigt for at formulere fusion og nye former for fissionskernekraftværker.