Att förstå arten av strålningsskador i material är av största vikt för att kontrollera säkerheten hos kärnreaktorer, halvledarteknik, och designa pålitliga enheter i rymden. I mer än 60 år, standardmetoden för att uppskatta strålningsskadorna i material analytiskt har varit en enkel ekvation som kallas Kinchin-Pease. Dock, antalet förskjutningar per atom (DPA) som erhålls från denna ekvation motsvarar vanligtvis inte någon fysiskt mätbar kvantitet i vanliga metaller. Detta etablerades experimentellt för cirka 40 år sedan, och datasimuleringar som genomförts under de senaste 25 åren har fastställt den fysiska orsaken till detta.

"Förklaringen är, i korthet, det i metaller, bestrålning producerar en vätskeliknande zon på pikosekundtidsskalor, under vilken nedkylningsfasen rekombinerar mycket av den initialt producerade skadan, leder till en tredjedels minskning av skadorna, säger professor Kai Nordlund, som ledde teamets sökning efter mer exakta förutsägelser om användbarhet av material i kärnkraftsmiljöer. Forskarna har publicerat sina resultat i Naturkommunikation .

"Å andra sidan, bildandet av den övergående vätskan leder till en massiv mängd atomer i kristallen, ungefär en faktor 30 mer än DPA-värdet, ersättas av andra efter att vätskan har svalnat, " han säger.

Även om dessa frågor är väletablerade, det har hittills inte gjorts några försök att korrigera problemen med standard DPA -ekvationer.

I deras artikel, med titeln "Förbättra atomförskjutning och ersättningsberäkningar med fysiskt realistiska skademodeller, " forskarna presenterar resultatet av sin forskning. Det ledde till formuleringen av två nya ekvationer, den atermiska rekombinationskorrigerade DPA (båge-DPA) och funktionerna utbyten per atom (RPA), som, med en minimal ökning av beräkningskomplexitet, möjliggör noggranna och experimentellt testbara förutsägelser av skadeproduktion och strålningsblandning i material.

Forskarna förväntar sig att de nya ekvationerna kommer att vara en grund för att formulera mer tillförlitliga och effektiva förutsägelser om materialets livslängd i kärnreaktorer och andra miljöer med höga joniserande strålningar. Detta är särskilt viktigt för att formulera fusion och nya typer av kärnkraftverk för klyvning.