隨著煤（méi）和石油等不可再生能源的減少（shǎo），核能已經成為人類的目標能（néng）源。為（wéi）了更安（ān）全地應用核能，我們必須要找到可（kě）靠的抗（kàng）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或三（sān）種以上元素的合金，具有超強的（de）抗輻射能力。

 

 

 

在核工業領域應用（yòng）的金屬材料麵臨的最大挑戰就是高溫下的抗輻射能力，一般（bān）的核燃料金屬保護層（céng）在高溫下都會膨脹，其體積甚（shèn）至會變成原來的二倍。這種膨（péng）脹不僅會影（yǐng）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：“當輻射粒子進入金屬材料中的時候，原有晶格結（jié）構中的原子被‘打（dǎ）’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動，如果同一（yī）區域（yù）中有多個原子被取（qǔ）代，這些空位就會聚合成為大（dà）的（de）孔洞，從而（ér）影響材料性（xìng）能。”

 

為了控製這些空洞的形成以及隨之而來的金屬膨脹，目前大多（duō）數的研究（jiū）人員都把目標放在如何創造納米級的內部結構，使其在一定程度上吸收缺陷，從而保護原（yuán）材（cái）料的完整性。但是Lumin Wang教（jiāo）授的研究團隊卻選（xuǎn）擇了最傳統的方法，創造出沒有晶格缺陷（xiàn）的合金（jīn）。

 

Lumin Wang教授和他的同事們製造了一（yī）係（xì）列的鎳基合金試樣。這（zhè）些合金具有（yǒu）很高的強度（dù）和延展性，是由相（xiàng）同含量的（de）鎳、鈷、鐵或者鎳、鈷、鐵、鉻、錳組成的高密度固溶體。為（wéi）了檢測其抗輻射能力，他們的（de）合作者田（tián）納西州大學的研究人員將這些試（shì）樣暴露在核輻射中，其輻射水（shuǐ）平相當於在一個核反應堆中心積累了幾年甚至（zhì）幾十年。值得注意的是，該項輻射實驗是在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（xìng）能研究中心的研究人員用透射電鏡對（duì）經過輻射的樣品進行分（fèn）析，他們（men）發現（xiàn），該合金的抗輻射（shè）能力比傳統純鎳金屬的抗輻射能力高了（le）100多倍。

 

為（wéi）了（le）進一步解釋該合金的抗輻射特性（xìng），核工程（chéng）與放射（shè）科學的理論專家Fei Gao教（jiāo）授在原子（zǐ）水平進行了計算機仿真，發現其抗（kàng）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（zǐ）大小不同，相當於形成了一些（xiē）‘隆起’或‘凹坑’，取代原子就會因為受到碰撞而減速。因此取代原子和晶格中的空位挨著很近，它們很（hěn）容易（yì）結合到一起，從而（ér）使空位得到修複，不能形成大（dà）的孔洞。”