特製合金抗輻射能力提升百倍 可用於研發核反應堆

鎳合金與純鎳空穴大小對比。

圖片來源：密歇根大學

科技日報北京12月23日電 (記者聶翠蓉)據美國密歇根大學官網近日報道，該校研究人員發現，由三種以上金屬元素按相同濃度組成的金屬合金，抗輻射能力比純金屬高100倍。這一發現將給核能、航空等急需耐高溫抗輻射材料的產業帶來革命性變化。

核反應裝置長期面臨的一大難題是：其金屬外殼暴露在高溫輻射環境下很容易膨脹變形，有時尺寸甚至會膨脹一倍。金屬之所以會在輻射環境下膨脹，是由於輻射粒子進入金屬後，每個粒子會快速「撞」走金屬原子留下空穴。輻射粒子在晶體內快速穿梭，而空穴移動較慢，大量空穴逐漸合并後尺寸越來越大。為阻止這些空穴和膨脹形成，大多數相關研究集中在金屬內創建微結構或納米結構，以此來吸附空穴保持材料尺寸。

但密歇根大學核工程和放射科學教授王路敏(音譯)率領團隊另闢蹊徑。他們請美國橡樹嶺國家實驗室提供各種金屬含量大致相同的鎳鈷鐵和鎳鈷鐵鉻鎂兩種合金，並將其暴露在能造成二級傷害的輻射環境和500℃高溫下。「我們首次發現，合金內不同金屬會相互干預。」王路敏說，「這類合金能在高溫下變軟、低溫下變硬，是一類完美的耐輻射材料。」通過用透射電子顯微鏡分析，他們發現，這些合金的抗輻射能力比純鎳金屬提高了100倍。

王路敏團隊還與同事高飛合作，用計算機對合金進行原子水平的模擬研究，找到了這些合金耐輻射的原因：合金內不同大小的原子會相互碰撞，輻射粒子因此不能快速行進，與空穴很容易相遇並填補空穴，使得空穴不能聚合成更大尺寸。

發表在《自然·通訊》雜誌上的這一最新研究，將幫助科學家們研發出更多的耐輻射合金材料，設計出更安全耐用的核反應堆和太空設備。