隨（suí）著煤和石油等不可再生能源的減少，核能已經成為人類的（de）目標能源。為了更安全地應用核能，我們必（bì）須要找到（dào）可靠的抗輻（fú）射材料。近期，密歇根（gēn）州立大學的研究人員（yuán）研發了一（yī）種（zhǒng）包含三種或三種以上元素的（de）合金，具有超強的抗輻（fú）射能力。

 

 

 

在核（hé）工業領域應（yīng）用的金屬材（cái）料麵臨的（de）最大挑戰（zhàn）就是高溫下的抗輻（fú）射能力，一般的（de）核燃（rán）料金屬（shǔ）保護層（céng）在高溫下都會膨脹，其體積甚至會變成原來的二倍。這種膨脹不（bú）僅會影響整（zhěng）體結構的（de）其他部分，還會使其強度降低。

 

密歇根州立大（dà）學（xué）核工程與放射科學的Lumin Wang 教授表示：“當輻射粒子進入金屬材料中的時候，原有晶格結構中的原（yuán）子被‘打’出來，取代原子在金屬（shǔ）結構中快速移（yí）動。留下（xià）來的空位卻不能移動，如果同一區域（yù）中有多（duō）個原子被取代，這（zhè）些空位就會聚合成為大的孔洞，從而（ér）影響材料性能。”

 

為了控製這些（xiē）空（kōng）洞的形成以及隨之而來的金屬膨脹，目前（qián）大多數的（de）研究人（rén）員都把（bǎ）目標（biāo）放在如何創造納米級的內部結構，使其在一定程度上（shàng）吸（xī）收缺陷，從而保護原材料的完整性。但（dàn）是Lumin Wang教授的研究團隊（duì）卻選擇了最傳（chuán）統的方法，創造出沒有晶格缺陷（xiàn）的合金。

 

Lumin Wang教（jiāo）授和（hé）他的同事們（men）製造了（le）一係列的鎳基合金試樣。這（zhè）些合金具有很高的強度（dù）和延展性，是由相同含量的鎳、鈷、鐵或者鎳、鈷、鐵、鉻、錳組成的高密度固溶體。為了檢測其抗（kàng）輻（fú）射能力，他們（men）的合（hé）作者田納（nà）西州大學的研究人（rén）員將（jiāng）這些試樣暴露在核輻射中，其輻射水平相當於（yú）在一個核（hé）反應堆中心積累了幾年甚至（zhì）幾十年。值得注意的（de）是，該項輻射實驗是（shì）在（zài）500℃下完成的，也就是傳統的鎳基合金發生膨脹的溫度。隨後，密歇根州立大學材料性能研究中心的研究人員用透射電（diàn）鏡對經過輻射的樣品進行分析，他們發現，該合（hé）金的抗輻射能力比傳統純鎳金（jīn）屬的抗輻射能力高了（le）100多倍。

 

為了進一步解釋該合金的抗輻射特性，核工（gōng）程與放射科（kē）學的理論專家Fei Gao教授（shòu）在（zài）原子水平進行了計算機仿真，發現其抗輻（fú）射能力歸因於被取（qǔ）代（dài）原（yuán）子在材料中的（de）運動形式。他解釋道：“簡單地講（jiǎng），在合（hé）金中原子大小不同，相當於形成了一（yī）些‘隆（lóng）起’或‘凹坑’，取代原子就會因為（wéi）受到碰撞而（ér）減速。因此取代（dài）原子和（hé）晶格中的空位（wèi）挨著很近，它們很（hěn）容易結合到一起，從而使空位（wèi）得到修（xiū）複，不能形成大的孔洞。”