En viktig del av forskningen inför nästa generations kärnkraftsreaktorer är att studera material med stor motståndskraft mot strålningsskador. Ett sådant forskningsprojekt drivs av en grupp amerikanska forskare vid California Institute of Technology (Caltech) och har avslöjat hur gränsytan mellan två noga utvalda metaller kan absorbera eller till och med läka strålningsskador.
- När det gäller att välja lämpliga byggmaterial till avancerade kärnkraftsreaktorer är det avgörande att vi förstår oss på strålningsskador och deras effekter på materialens egenskaper, säger Julia R. Greer vid Caltech.
Caltech-forskarna har därför tillsammans med forskare från Sandia National Laboratories, UC Berkeley och Los Alamos National Laboratory studerat effekterna av strålningsskador på nanonivå. De har på så vis kunnat titta närmare på vissa material framställda med hjälp av nanoteknik, som kan motstå strålningsskador. Till exempel kan en del metalliska nanolaminat, som består av extremt tunna lager av olika metaller, absorbera de olika defekter som uppstår till följd av strålning. Denna absorption sker vid gränsytorna mellan lagren och förmågan är ett resultat av missanpassningen mellan de olika materialens kristallstruktur.
- Folk har från beräkningar ett hum om vad gränsytorna i helhet kan göra och de vet från experiment vad deras kombinerade globala effekt är. Vad de inte vet är exakt vad en individuell gränsyta gör och vilken specifik roll de nanoskaliga dimensionerna spelar. Och det är det vi kan undersöka, säger Greer.
En vanlig defekt som uppstår till följd av strålning är att bubblor av helium bildas i materialet. Effekten av detta testades genom att tillföra små mängder helium till prover bestående av järn- och kopparkristaller åtskilda av en gränsyta. Proverna, som endast var 100 nanometer breda och med andra ord tusen gånger tunnare än ett hårstrå, blev då heliumbubblorna tillfördes mer än 60 procent hårdare. Detta var emellertid ingen överraskning.
- Strålningshärdning är ett välkänt fenomen i de flesta material, men sådan härdning är vanligtvis kopplad till försprödning och vi vill inte ha spröda material, säger Peri Landau vid Caltech.
Till sin förvåning upptäckte emellertid forskarna att deras prover inte blev sprödare i takt med att de blev hårdare.
- Detta arbete lär oss i princip vad som ger material förmågan att läka strålningsskador, vilka toleranser de har och hur de ska utformas, säger Greer, som tror att denna kunskap kan hjälpa till vid designen av nya material till framtidens reaktorer.
