En kombination av positronförintelsespektroskopi och transmissionselektronmikroskopi avslöjar nya insikter om hur skador bildas i bestrålade material, föreslår en mekanism där stora hål i materialet absorberar atomer i interstitiell position i gittret och krymper, men lämna efter fler positioner som saknar atomer. Kredit:Los Alamos National Laboratory.
Ett team med flera institutioner har använt positronstrålar för att undersöka arten av strålningseffekter, ger ny insikt om hur skador uppstår i järnfilmer. Denna utforskning kan förbättra säkerheten för material som används i kärnreaktorer och andra strålningsmiljöer.
"Positroner skadar inte materialet och de kan avslöja defekter som involverar enstaka atomer i mycket små koncentrationer, " sa Blas Uberuaga, en materialforskare från Los Alamos National Laboratory på projektet. "De är alltså en av de mest känsliga sonderna vi kan använda för att analysera strålningsskador, tillhandahåller kritiska data om arten av defekterna i materialet och bygger upp vår förståelse för strålningseffekter." Positrons, en form av antimateria, förintas när de kommer i kontakt med elektroner i materialet, ge information om atomernas lokala konfiguration.
Strålningsskador uppstår när högenergipartiklar krossas i material, slå atomer ur position och skapa defekter i kristallen – antingen positionerar man saknar en atom eller en atom däremellan, eller mellansidesannons, positioner. Denna kollisionskaskad liknar en bowlingklot som slår in i bowlingstift, förutom att bollen kan vara en neutron och stiften är atomer. Defekterna som skapas är ytterst ansvariga för att dessa material misslyckas i många extrema miljöer, såsom de som finns i väggarna och olika komponenter i kärnreaktorer. Således, det är väsentligt att förstå hur defekter skapas och beter sig i materialet i dessa miljöer.
Med tunna filmer av järn som modell för stål, teamet använde jonstrålar - atomer accelererade i ett laboratorium - för att efterlikna den typ av skada som kan skapas i en reaktor.
Dessa filmer innehöll ett stort antal tomrum, eller porer i materialet. Teamet använde sedan en kombination av positroner och elektronmikroskopi för att titta på materialet före och efter jonstråleskadan. Genom att kombinera karakteriseringstekniker som använder positroner och elektroner, de kunde förhöra både mycket små och mycket större defekter. Specifikt, de kunde belysa nya mekanismer där de tomrum som redan fanns i materialet modifierade hur skador uppstod under kollisionskaskaderna.
