Nanokluster i stål tilføjer styrke, stabilitet under bestrålede forhold

At indeholde og forsinke mobiliteten af ​​reaktorbrændstoffer er et mangeårigt amerikansk energiministerium og forsvarsministeriets bekymringer, at gøre strålingsstabiliteten af ​​de materialer, der bruges til konstruktionskomponenter og brændstofbeklædning, kritisk vigtig. I dette studie, forskere brugte forskellige analyseværktøjer, herunder EMSL's atom probe tomography (APT), fokuseret ionstråle, og acceleratorfunktioner, at undersøge komplekse oxid -nanokluster inden for oxiddispersion styrket, eller ODS, stål for at bestemme deres potentielle modstand og stabilitet under en række bestrålingsbetingelser. De komplekse nanokluster i ODS-stål øger metalets højtemperaturstyrke, gør ODS -stål levedygtigt til brug i nukleare strukturer eller beklædningsapplikationer.

I dette arbejde, to ODS -stål - 14YWT og 9CrODS - gennemgik proton, tung-ion, og neutronbestråling under kontrollerede temperaturer. EMSL's følsomme atomprobe, der fungerer især godt med metalmaterialer, kan adskille en prøves elementer og rekonstruere dem i et tredimensionelt visual. Dette gjorde det muligt for forskerne at beregne og kvantificere nanoklusterne, viser, at bestrålingstemperaturen påvirker klyngestørrelsesfordelingerne. Imidlertid, antallet af klynger forblev konstant på tværs af de tungionbestrålede forhold (hvor klynger blev påvist). Dette indikerer, at selvom kollisionskaskader fortrænger atomer under glødning, ingen nye klynger er ved at nukleere. Dermed, hvis temperaturen er høj nok, udstødte partikler diffunderer tilbage til forældreklyngen, hvilket resulterer i et stabilt miljø.

I deres varierede analyser, forskerne bestemte, at diffusion også påvirkede ustabiliteten af ​​nanoklusterne ved lave temperaturer, med lidt eller ingen partikeldiffusion, og stabilitet ved høje temperaturer, hvor diffusion tillod udstødte atomer at genforme nanokluster. I øvrigt, den viste, hvordan ODS-stål kan tilbyde langvarig strålingsresistens.