Ядерные реакторы и космические аппараты
Ядерные реакторы и космические аппараты подвергаются воздействию высоких уровней радиации и температур, поэтому крайне важно, чтобы металлы, из которых они изготовлены, были прочными и стабильными.
Исследования в Канадских ядерных лабораториях
Канадские ядерные лаборатории (CNL) изучают особый тип металла — сплав с высокой энтропией (HEA), который получают путём объединения нескольких различных металлов.
Особенности сплавов с высокой энтропией
Хотя предыдущие исследования показали, что HEA чрезвычайно прочен и может лучше противостоять радиации, чем обычные металлы, мало что известно о том, что происходит внутри HEA в таких экстремальных условиях.
Исследование доктора Цян Вана
Доктор Цян Ван и его коллеги из CNL решили это изменить. Они использовали сверхъяркий синхротронный свет Канадского источника света в Университете Саскачевана для изучения HEA, состоящего из хрома, железа, марганца и никеля. Результаты опубликованы в Journal of Nuclear Materials.
«Он должен быть стабильным, чтобы не изменять микроструктуру при высокой температуре, и иметь определённую устойчивость к облучению, — говорит Ван. — Вот почему мы выбрали этот материал. Кроме того, он относительно прост в изготовлении».
Эксперименты с HEA
Группа бомбардировала свой HEA с особым составом высокоэнергетическими частицами — протонами — при температуре 400 °C и 600 °C и подвергала его различным уровням радиации. Используя синхротронные рентгеновские лучи, Ван и его команда внимательно изучали малейшие изменения.
Они обнаружили небольшие дефекты в форме пластин, называемые «петлями Франка», которые были более распространены при низких температурах, но крупнее при высоких. Команда также обнаружила, что металлы начали разделяться, особенно при высоких температурах; некоторые области в металле теряли больше марганца, в то время как другие приобретали больше никеля и железа.
«Мы обнаружили некоторые преимущества и неожиданные явления, поэтому, очевидно, этот материал нуждается в более глубоком изучении, чтобы полностью понять возможности его применения», — сказал Ван.
Однако, по его словам, этот материал имеет меньше дефектов, чем нержавеющая сталь, подвергнутая аналогичным условиям. Нержавеющая сталь одобрена и широко используется в ядерных приложениях.
Перспективы применения
Ван считает, что это исследование — первое в своём роде в Канаде, а сам сплав был изготовлен в этой стране. Время покажет, будут ли сплавы использоваться для производства оборудования или экранирования.
«Это всё ещё не утверждено в соответствии с нормами в ядерной отрасли, поэтому мы не знаем точно, для чего он будет использоваться, поэтому мы тестируем материал, чтобы увидеть, сможет ли он соответствовать этим требованиям», — сказал Ван.
Учитывая, что многие страны стремятся развивать ядерную энергетику в условиях изменения климата, работа Вана может иметь реальное применение для повышения безопасности и функциональности реакторов.