Durante medio siglo, los investigadores han visto bucles de átomos desplazados que aparecen dentro del acero del reactor nuclear después de la exposición a la radiación, pero nadie pudo averiguar cómo.
Ahora, una simulación realizada por investigadores de la Universidad de Michigan, la Universidad de Hunan China y el Instituto Politécnico Rensselaer ha demostrado que una onda de choque produce estos bucles en hierro. El resultado podría ayudar a los ingenieros a diseñar mejores aceros resistentes a la radiación para reactores:o acero más fuerte en general.
El hierro y el acero, como la mayoría de los metales, se organizan en una red cristalina, una disposición de átomos basada en un patrón repetido. En este caso, es un cubo con un átomo en cada esquina y uno en el centro. Radiación y otroslas tensiones pueden crear una variedad de defectos.
En los defectos de "bucle", los átomos fuera de lugar forman anillos rugosos. Algunos bucles pueden viajar a través de la red, y su movilidad significa que no se interponen en la curvatura del acero. Pero el defecto en cuestiónconocido como bucle de dislocación intersticial <100> tiende a permanecer en su lugar. Colocados de manera incontrolada, estos bucles estacionarios causan fragilidad, pero si se colocan deliberadamente, podrían fortalecer el acero al mejorar su rigidez.
"Ahora que conocemos el mecanismo, podemos reducir el daño por radiación al limitar la energía de las partículas a las que están expuestos los materiales", dijo Qing Peng, investigador en el laboratorio de Fei Gao, profesor de ingeniería nuclear y radiología.ciencias.
"También podemos usarlo para diseñar el defecto dentro de los materiales. Dependiendo de la energía, puede generar diferentes tipos de dislocaciones para ajustar las propiedades del material"
Cinco explicaciones anteriores están en marcha para explicar los misteriosos bucles, pero ninguno es particularmente satisfactorio porque todos requieren condiciones especiales y tiempos relativamente largos para crear los bucles.
Dado que los defectos parecen demasiado rápidos para medir, los investigadores esperaban que pudieran simular el mecanismo en una computadora. Pero eso tampoco sucedió. Supusieron que les tomó demasiado tiempo trazar sus trayectorias en tiempo real.simplemente no había suficiente potencia para simular todos esos átomos en un tiempo razonable.
Esa última observación resultó ser parcialmente cierta: había demasiados átomos para modelar. Pero el proceso en sí mismo fue corto; el problema era hacer que el volumen de hierro fuera lo suficientemente grande como para provocar la reacción.
"Si la simulación es demasiado pequeña, simplemente pasa una partícula de alta energía. Sin reacción", dijo Peng.
El equipo de Gao creó un modelo de computadora de una caja de 200 millones de átomos de hierro, dispuesta en la red típica, y estrelló una partícula de alta energía en ella. Lo que vieron fue una poderosa onda de choque que atravesó la red, ramificándose en diferentes direcciones.
Millones de átomos de hierro fueron desplazados de sus puntos, y millones de ellos volvieron a caer en la red a medida que la ola se disipaba. Dejados atrás quedaron cientos de defectos "puntuales" en los que los átomos individuales estaban fuera de lugar, y un puñado de buclesMuchos de estos fueron bucles que pueden viajar, que no son una causa importante de fragilidad, pero a menudo uno o dos eran del tipo estacionario.
Resultó que los bucles se crearon en la onda de choque inicial, un proceso que toma solo 13 trillones de segundo más o menos. Esta explicación fue presentada hace 40 años, pero se usó para explicar los defectos que aparecían en las líneasen lugar de bucles cerrados.
Ahora que se conoce el mecanismo, se puede usar un modelo similar de computadora para recomendar las condiciones de funcionamiento de las aleaciones de acero en entornos con radiación. Menos partículas energéticas no crearán ondas de choque lo suficientemente fuertes como para producir este defecto.
O bien, defectos como este se pueden colocar deliberadamente en acero para mejorar su rigidez. Estos bucles estacionarios de átomos, atascados entre otros átomos en el cristal, hacen que sea más difícil que el acero se doble.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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