Med hjälp av banbrytande tekniker simulerar forskare vid University of California, Berkeley, de skadliga effekterna av strålning genom att slå ut enskilda atomer ur ett metallgitter. Genom att undersöka de resulterande defekterna syftar de till att få en övergripande förståelse för de mikroskopiska processer som bidrar till strålningsinducerad materialnedbrytning.
"Genom att förstå de detaljerade mekanismerna för strålningsskador på atomär skala kan vi utveckla strategier för att mildra deras effekter", förklarar Andrew Minor, professor i kärnteknik vid UC Berkeley och ledande forskare i projektet.
I sina experiment använder teamet en fokuserad stråle av laddade partiklar, såsom heliumjoner, för att bombardera en tunn metallfolie. Varje jon kolliderar med atomer i metallgittret, överför energi och potentiellt slår dem ur sina positioner.
För att visualisera skadan använder forskarna en rad avancerade mikroskopitekniker, inklusive transmissionselektronmikroskopi (TEM) och sveptransmissionselektronmikroskopi (STEM). Dessa tekniker ger högupplösta bilder av defekterna, avslöjar platsen, storleken och formen på de förskjutna atomerna.
Genom att noggrant kontrollera jonstrålens intensitet och energi kan teamet systematiskt studera effekterna av olika stråldoser och typer av joner. Detta gör att de kan identifiera nyckelfaktorerna som påverkar bildandet och utvecklingen av defekter i metallen.
"Vi är särskilt intresserade av att förstå hur defekter interagerar med varandra och hur de tillsammans påverkar materialets övergripande egenskaper", säger Minor.
Teamets resultat har konsekvenser för design och utveckling av material som kan motstå den hårda strålningsmiljön från fusionsreaktorer. Genom att identifiera de mest strålningsbeständiga materialen och förstå de underliggande mekanismerna för strålskador, kan forskare förbättra säkerheten och effektiviteten hos dessa lovande energikällor.
Denna forskning stöds av U.S. Department of Energy's Office of Fusion Energy Sciences och utförs som en del av Berkeley Fusion Science Center.
