受辐射材料形变检测能力达到纳米级

2011-6-28 10:37 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网6月26日报道,加利福尼亚大学劳伦斯·伯克利国家实验室和洛杉矶阿拉姆斯国家实验室开发出一种辐射检测技术,能在纳米水平检测核辐射对材料机械性能造成的改变。该技术有助于设计反应堆装置,开发建造核设施的新型工程材料,并在日常维护检测中,减少所需的材料用量。该研究发表在近日出版的《自然·材料学》杂志上。

  核能是一种长效的未来清洁能源,美国约20%的电力和近70%的零排放电力来自核能。但世界上许多国家的核设施不仅用于发电,还用于研究、材料测试或生产医疗用的放射性同位素。这些设施的建造材料和结构不同,维护检修至关重要。日本福岛核事故使人们更加重视核技术的安全性。许多国家呼吁对核电站进行“压力检测”,以确保其安全运行。

  “对于材料本身来说,纳米尺度的机械性质检测比大尺度下的检测精度更高。”美国国家电子显微分析中心(NCEM)科学家、加州大学伯克利分校材料科学与工程系副教授安德鲁·米诺说,“我们利用纳米检测技术,对一块直径仅400纳米的辐射样本的形变进行了精确检测。该技术真正将核材料检测领域变得更开放。”

  在该研究中,米诺和同事用高能质子对铜样品进行辐射,以模拟辐射作用对铜的机械性质造成的伤害。利用投射电子显微镜力学检测设备,研究小组能以纳米级的分辨率,将样本的形变精确定位到一个原子的水平。辐射在铜内部造成的三维空间上的裂隙,改变了其晶体结构,这被称为脱位。这种作用导致被辐射材料脆化易碎,降低了材料的耐压能力。进一步利用纳米级的强度值可计算出大块材料的性质。

  “这种纳米尺度的检测技术有助于延长核反应堆的寿命。”论文合著者、加州大学伯克利分校核工程系副教授彼得·霍斯曼说,“我们将安全问题转化到对核设施材料的检测手段上。我们能用较小的样本,精确测出材料的机械属性,比如一个工作了40年之久的核设施中的建造材料,以确保其未来的安全运行。”

  米诺补充说:“理解材料性质的衰退是机械问题的基础,也给我们提供了一个模型系统来发现建造核能设施的新材料。通过研究材料机械性质的缺陷,我们能设计出更加抗辐射损伤的材料,带来更安全的核设施。”