特制合金抗辐射能力提升百倍可用于研发核反应堆

2016年12月24日 08:54:50 来源：科技日报 记者 聂翠蓉

镍合金与纯镍空穴大小对比。图片来源:密歇根大学

科技日报北京12月23日电(记者聂翠蓉)据美国密歇根大学官网近日报道，该校研究人员发现，由三种以上金属元素按相同浓度组成的金属合金，抗辐射能力比纯金属高100倍。这一发现将给核能、航空等急需耐高温抗辐射材料的产业带来革命性变化。

核反应装置长期面临的一大难题是:其金属外壳暴露在高温辐射环境下很容易膨胀变形，有时尺寸甚至会膨胀一倍。金属之所以会在辐射环境下膨胀，是由于辐射粒子进入金属后，每个粒子会快速“撞”走金属原子留下空穴。辐射粒子在晶体内快速穿梭，而空穴移动较慢，大量空穴逐渐合并后尺寸越来越大。为阻止这些空穴和膨胀形成，大多数相关研究集中在金属内创建微结构或纳米结构，以此来吸附空穴保持材料尺寸。

但密歇根大学核工程和放射科学教授王路敏(音译)率领团队另辟蹊径。他们请美国橡树岭国家实验室提供各种金属含量大致相同的镍钴铁和镍钴铁铬镁两种合金，并将其暴露在能造成二级伤害的辐射环境和500℃高温下。“我们首次发现，合金内不同金属会相互干预。”王路敏说，“这类合金能在高温下变软、低温下变硬，是一类完美的耐辐射材料。”通过用透射电子显微镜分析，他们发现，这些合金的抗辐射能力比纯镍金属提高了100倍。

王路敏团队还与同事高飞合作，用计算机对合金进行原子水平的模拟研究，找到了这些合金耐辐射的原因:合金内不同大小的原子会相互碰撞，辐射粒子因此不能快速行进，与空穴很容易相遇并填补空穴，使得空穴不能聚合成更大尺寸。

发表在《自然·通讯》杂志上的这一最新研究，将帮助科学家们研发出更多的耐辐射合金材料，设计出更安全耐用的核反应堆和太空设备。