Att säkert innehålla och fördröja rörligheten för reaktorbränslen är långvariga amerikanska energidepartementets och försvarsdepartementets farhågor, vilket gör strålningsstabiliteten för de material som används för konstruktionskomponenter och bränslebeklädnad av avgörande betydelse. I den här studien, forskare använde olika analysverktyg, inklusive EMSL:s atomprobstomografi (APT), fokuserad jonstråle, och acceleratorfunktioner, att undersöka komplexa oxid -nanokluster inom oxiddispersionen förstärkta, eller ODS, stål för att bestämma deras potentiella motstånd och stabilitet under en rad bestrålningsförhållanden. De komplexa nanoklusterna i ODS-stål ökar metallens högtemperaturhållfasthet, gör ODS -stål livskraftigt för användning i kärnkraftsstruktur eller beklädnadstillämpningar.

I det här arbetet, två ODS -stål - 14YWT och 9CrODS - genomgick proton, tungjon, och neutronbestrålning under kontrollerade temperaturer. EMSL:s känsliga atomprob, som fungerar särskilt bra med metallmaterial, kan separera ett provs element och rekonstruera dem i en tredimensionell bild. Detta gjorde det möjligt för forskarna att beräkna och kvantifiera nanoklusterna, visar att bestrålningstemperatur påverkade klusterstorleksfördelningarna. Dock, antalet kluster förblev konstant under de tungjonbestrålade förhållandena (där kluster detekterades). Detta indikerar att även om kollisionskaskader förskjuter atomer under glödgning, inga nya kluster kärnbildar. Således, om temperaturen är tillräckligt hög, utmatade partiklar diffunderar tillbaka till moderklustret, vilket resulterar i en stabil miljö.

I deras varierande analyser, forskarna bestämde att diffusion också påverkade både nanoklusternas instabilitet vid låga temperaturer, med liten eller ingen partikeldiffusion, och stabilitet vid höga temperaturer, där diffusion tillät utstötade atomer att återforma nanokluster. Dessutom, den visade hur ODS-stål kan erbjuda långvarig strålningsmotstånd.