隨著煤（méi）和石油等不可再生能源的減（jiǎn）少，核能已經成為人（rén）類的（de）目標能源。為了更安全地應用核能，我們必須要找到可靠的抗輻射材料。近期，密歇根州立大學的研究人員研發了一種包含三種（zhǒng）或三種以上元素的合金（jīn），具有超（chāo）強的抗輻射能力。

 

 

 

在核工業領域應用的金屬材料麵臨的最大挑戰就是高（gāo）溫下的抗輻射能力，一般的核（hé）燃料金屬保護層在高溫（wēn）下都會膨脹，其（qí）體積甚至會變成原來的二倍。這種（zhǒng）膨脹不僅會影響整體結構的其他部分，還會使其強度降低。

 

密歇根州立大學核工程與放射科學的Lumin Wang 教授表示：“當輻射粒子進入（rù）金屬材料中的時（shí）候，原有晶格結構中的原子被‘打’出來，取代原子在金屬結構中快速移動。留下來的空位卻不能移（yí）動，如果同一區域中有（yǒu）多個原子被取代，這些（xiē）空位就會聚合成為大的孔洞，從而影響材（cái）料性能。”

 

為了控製這些空洞（dòng）的形（xíng）成以及隨之而來的金屬膨脹，目前大多數的研究人員都（dōu）把目標放（fàng）在如何創造納（nà）米（mǐ）級的內部結構，使（shǐ）其（qí）在一定程度上吸（xī）收缺陷（xiàn），從而保護原材料的完整性（xìng）。但是Lumin Wang教授的研究團隊卻選擇了最傳（chuán）統的方法，創造出（chū）沒有（yǒu）晶格缺（quē）陷的合金。

 

Lumin Wang教（jiāo）授和他（tā）的同事們製造了一係列的鎳基（jī）合金試樣。這些合金具有很高的強度和（hé）延展性，是由相同含量的（de）鎳、鈷、鐵或者鎳（niè）、鈷、鐵、鉻、錳組成的（de）高密度固溶體。為了檢測其（qí）抗輻（fú）射能力，他們的合（hé）作者田納西州大學的研究人（rén）員將（jiāng）這些試（shì）樣暴露在核（hé）輻射中，其輻射水平（píng）相當於在一個（gè）核反應堆中心積累了幾年甚至幾十年。值（zhí）得注（zhù）意的是，該項輻射實驗是在（zài）500℃下（xià）完成的，也就是傳統的鎳基合金發生（shēng）膨脹的（de）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鏡對經過輻射的樣（yàng）品進行分析，他們發（fā）現，該合金的抗輻射能力比傳統純（chún）鎳金屬的抗輻射（shè）能力高了100多（duō）倍。

 

為了進一步解釋該（gāi）合（hé）金的抗（kàng）輻射特性（xìng），核工程與放（fàng）射科學（xué）的理論專家Fei Gao教授在原子水平進行了計算機仿真，發現其抗輻射能力歸因於被取代原子在材料中的運動形式。他解釋道：“簡（jiǎn）單地講，在合金中原子大小不同，相當於形（xíng）成了一（yī）些（xiē）‘隆起’或‘凹坑’，取代原子（zǐ）就會因為受到碰撞而（ér）減速。因此取代原子和晶格（gé）中的（de）空位挨著很近，它們很容易結合到一起，從而使空位得到修複，不能形（xíng）成大的孔洞。”