50年前辐射损伤之谜的新领导

作者: 教育  发布:2019-01-12

  半个世纪以来,研究人员已经看到在暴露于辐射后核反应堆钢中出现了被置换原子的环路,但是没有人能够弄清楚如何。

  现在,由密歇根大学,湖南大学(中国)和伦斯勒理工学院的研究人员进行的模拟表明,冲击波会在铁中产生这些环。结果可以帮助工程师为反应堆设计更好的抗辐射钢 - 或者通常更坚固的钢。

  像大多数金属一样,钢铁在晶格中组织起来 - 基于重复模式的原子排列。在这种情况下,它是一个立方体,每个角落有一个原子,中心有一个原子。辐射和其他应力会产生各种缺陷。

  在“环”缺陷中,不合适的原子形成粗糙的环。一些环可以穿过晶格,它们的移动性意味着它们不会妨碍钢的弯曲。但是有问题的缺陷(称为100间隙位错环)倾向于保持不变。这些固定环以不受控制的方式放置,导致脆性,但如果它们是故意放置的,它们可以通过改善其刚度来强化钢。

  “现在我们知道了这种机制,我们可以通过限制材料所暴露的颗粒的能量来减少辐射损伤,”核工程和放射科学教授费高实验室研究员Qing Peng说。

  “我们也可以用它来设计材料内部的缺陷。根据能量,你可以产生不同类型的位错来调整材料的性质。”

  之前的五个解释是为了解释神秘的循环,但没有一个特别令人满意,因为它们都需要特殊的条件和相对较长的时间来创建循环。

  由于缺陷看起来太快无法测量,研究人员预计他们将能够在计算机上模拟机制。但这也没有发生。他们认为绘制实时轨迹花了太长时间 - 在合理的时间内没有足够的力量来模拟所有这些原子。

  最后的观察结果证明是部分正确的:有太多的原子可以建模。但这个过程本身很短;麻烦在于铁的体积足以引起反应。

  高氏团队创建了一个由2亿个铁原子组成的盒子的计算机模型,排列在典型的格子中,并将高能粒子撞入其中。他们看到的是一个强大的冲击波从晶格中撕裂,向不同方向分支。

  数百万个铁原子从它们的位置上移开,当波浪消散时,数百万个铁原子落回晶格中。留下的是数百个“点”缺陷,其中单个原子不合适 - 以及一些循环。其中许多是可以行进的环,这不是脆性的主要原因,但通常一个或两个是固定类型。

  事实证明,这些循环是在最初的冲击波中创建的,这个过程只需要13万亿分之一秒左右。这种解释早在40年前就已浮出水面,但它被用来解释线条而不是闭环中出现的缺陷。

  既然机构已知,则可以使用类似的计算机建模来推荐具有辐射的环境中的钢合金的操作条件。较低能量的粒子不会产生足够强的冲击波来产生这种缺陷。

  或者,这样的缺陷可以故意放在钢中以增强其刚性。这些固定的原子环被卡在晶体中的其他原子之间,使钢更难弯曲。

本文由美高梅www.163888.com于2019-01-12日发布