Forskere afslører mysteriet om, hvordan stråling svækker metal, et atom ad gangen

I hjertet af ITER-fusionsreaktoren vil intens stråling ubønhørligt ramme metalvæggene og potentielt kompromittere deres strukturelle integritet. For at forhindre katastrofale fiaskoer studerer videnskabsmænd omhyggeligt, hvordan stråling ændrer egenskaberne af metaller på atomniveau.

Ved hjælp af banebrydende teknikker simulerer forskere ved University of California, Berkeley, de skadelige virkninger af stråling ved at slå individuelle atomer ud af et metalgitter. Ved at undersøge de resulterende defekter sigter de mod at opnå en omfattende forståelse af de mikroskopiske processer, der bidrager til strålingsinduceret materialenedbrydning.

"Ved at forstå de detaljerede mekanismer for strålingsskader på atomare skala, kan vi udvikle strategier til at afbøde deres virkninger," forklarer Andrew Minor, professor i atomteknik ved UC Berkeley og den ledende forsker på projektet.

I deres eksperimenter bruger holdet en fokuseret stråle af ladede partikler, såsom heliumioner, til at bombardere en tynd folie af metal. Hver ion kolliderer med atomer i metalgitteret, overfører energi og potentielt slår dem ud af deres positioner.

For at visualisere skaden anvender forskerne en række avancerede mikroskopiteknikker, herunder transmissionselektronmikroskopi (TEM) og scanningtransmissionselektronmikroskopi (STEM). Disse teknikker giver billeder i høj opløsning af defekterne, der afslører placeringen, størrelsen og formen af ​​de fordrevne atomer.

Ved omhyggeligt at kontrollere ionstråleintensiteten og energien kan teamet systematisk studere virkningerne af forskellige strålingsdoser og typer af ioner. Dette giver dem mulighed for at identificere de nøglefaktorer, der påvirker dannelsen og udviklingen af ​​defekter i metallet.

"Vi er især interesserede i at forstå, hvordan defekter interagerer med hinanden, og hvordan de tilsammen påvirker materialets overordnede egenskaber," siger Minor.

Holdets resultater har betydning for design og udvikling af materialer, der kan modstå det barske strålingsmiljø fra fusionsreaktorer. Ved at identificere de mest strålingsbestandige materialer og forstå de underliggende mekanismer for strålingsskader kan forskere øge sikkerheden og effektiviteten af ​​disse lovende energikilder.

Denne forskning er støttet af U.S. Department of Energy's Office of Fusion Energy Sciences og udføres som en del af Berkeley Fusion Science Center.