26 марта 2010

Нанокристаллы способны излечиваться от радиационных повреждений - Лос-Аламос

Материалы, способные к самовосстановлению, могут прийти в атомную энергетику благодаря исследованиям учёных из национальной лаборатории Лос-Аламоса, считают авторы свежего номера журнала "Science".

В статье, опубликованной журналом, описывается механизм, позволяющий нанокристаллическим материалам "излечивать" себя от радиационных повреждений. Речь идёт о материалах, собранных из наночастиц меди, причём размер каждой из отдельных частиц может быть сравним с размерами вирусов.

Под воздействием потоков ионизирующего облучения атомы реакторных материалов могут выбиваться со своих "законных" мест, в результате чего создаётся дефект вида "вакансия и внедрённый атом". Накопление микроскопических дефектов оборачивается вполне осязаемыми макроповреждениями - распуханием, отверждением, охрупчиванием и другими известными реакторным материаловедам неприятностями.

Особенностью нанокристаллов является высокая доля граничных зон - границ наночастиц, которые играют роль буфера, поглощающего и нейтрализующего дефекты. На основании этого ряд исследователей высказывал предположение, что нанокристаллы окажутся более устойчивыми к радиации, чем традиционные материалы.

Изучением эффектов взаимодействия нанокристаллов и потоков ионизирующих частиц с помощью компьютерного моделирования занимается группа специалистов в лаборатории Лос-Аламоса. В своей статье в журнале "Science" они описали новое явление, названное ими как "загрузка-выгрузка" (loading-unloading), происходящее на границах наночастиц.

На первом шаге, образовавшиеся под воздействием радиации внедрённые атомы "загружаются", или захватываются границами зон. Этот эффект был известен и ранее. Неожиданным новшеством, подтверждённым расчётами по трём компьютерным моделям, стал второй шаг - перегруженные захваченными свободными атомами граничные зоны "разгружают" их обратно, заполняя ими прилежащие к границам вакансии.

Таким образом, за счёт явления "загрузки-выгрузки" нанокристаллы оказываются способными к самолечению, уничтожая два вида радиационных дефектов - образование свободных атомов и вакансий. Для процесса выгрузки требуются определённые энергозатраты, но они невелики по сравнению с другими известными механизмами.

Работа специалистов из Лос-Аламоса поможет понять и объяснить найденные ранее экспериментаторами различия в поведении облучённых кристаллов и нанокристаллов, а также сделать следующий шаг на пути к созданию конструкционных материалов для реакторов четвёртого поколения.