Los metales viajan hacia adelante en el tiempo en el Laboratorio de Aceleradores de Iones, una instalación dentro del Departamento de Ingeniería Nuclear de la Universidad de Texas A&M y los investigadores del grupo Laboratorio de Rayos Iónicos del departamento están acelerando el reloj en aleaciones metálicas y aceros.

Los investigadores están utilizando iones como sustitutos de la radiación de neutrones para ver en un corto período de tiempo cuán estables son estos metales después de que soportan las condiciones de décadas de uso dentro de un reactor nuclear.

"Básicamente, estamos tomando estas aleaciones e irradiando iones para lograr el daño visto en condiciones similares a las de un reactor, "dijo Jonathan Gigax, un investigador asistente graduado que trabaja con el investigador principal del laboratorio, Profesor asociado Dr. Lin Shao. "Esto es importante porque en las instalaciones de los reactores actuales se necesitan décadas para llegar a los niveles de desgaste que estos metales verán en los reactores de próxima generación. Por lo tanto, usamos aceleradores de iones porque pueden alcanzarlos mucho más rápido".

Según Gigax, Hay una serie de diferencias entre las irradiaciones de iones y neutrones que impiden las comparaciones uno a uno. Sin embargo, Numerosos estudios iniciales y estudios recientes muestran que ciertos comportamientos son muy similares en ambos entornos. Esto ayuda a calificar la técnica y permite a los investigadores seleccionar rápidamente una gran cantidad de aleaciones candidatas. Los resultados proporcionan una comprensión de las propiedades únicas que hacen que ciertas aleaciones sean resistentes a la radiación, de modo que se puedan desarrollar nuevas aleaciones para su uso en la construcción de reactores y ayudar a lograr un uso eficiente del combustible del reactor. Para lograr una eficiencia óptima, el reactor debe operar a un alto grado de combustión, que ejerce presión sobre los metales y aleaciones dentro del reactor. Para lograr quemaduras de combustible altamente eficientes, aleaciones que pueden resistir los cambios microestructurales de los daños producidos por la radiación de neutrones, también conocido como fluencia e hinchazón, son necesarios para garantizar una larga vida útil del reactor.

"Un buen ejemplo de fenómeno de fluencia sería un filamento en una bombilla incandescente, "Dijo Gigax." El filamento permanece a una temperatura muy alta durante un largo período de tiempo y se deforma lentamente hasta que se rompe. Lo mismo puede suceder con aceros a altas temperaturas o sometidos a grandes esfuerzos, así que la idea era que necesitábamos desarrollar una aleación que no presentara fluencia en gran medida ".

Los aceros utilizados en el reactor, como resultado del deslizamiento y la hinchazón, sufrir deformaciones y cambiar el comportamiento operativo del reactor. Los metales monocristalinos son resistentes a la fluencia pero son costosos de fabricar y típicamente exhiben más hinchamiento de huecos que sus homólogos policristalinos. Los granos muy pequeños ofrecen una mejor resistencia al hinchamiento pero hacen que el acero sea susceptible a la fluencia.

Gigax compara el fenómeno con la arena en un reloj de arena, donde los granos de arena son muy finos y pueden fluir de un extremo al otro del reloj de arena. Los metales que tienen granos pequeños son más susceptibles a la fluencia porque los granos pueden moverse más fácilmente a altas temperaturas y bajo estrés. especialmente mientras es bombardeado por neutrones, a diferencia de los granos más grandes que ofrecen más resistencia. Para resolver este problema, Los óxidos se pueden alear en el metal para fijar esos límites y dificultar el movimiento de estos granos, conservando los beneficios de una estructura de grano fino con respecto al hinchamiento de huecos. Según Gigax, esto sería similar a fijar algunos granos de arena en su lugar dentro del reloj de arena, evitando que los granos se muevan.

"Una vez que obtenga todos estos resultados, hay dos cosas que podemos hacer, ", Dijo Gigax." Podemos ver qué hace que una aleación sea mejor que las otras y luego guiar el desarrollo posterior de esa aleación en función de sus cualidades positivas, o una vez que identifiques una buena aleación, puedes dedicar recursos a ponerla dentro de un reactor nuclear para probarla en las condiciones exactas ".

Mediante el uso de aceleradores de iones, el compromiso de tiempo y costo para las pruebas del reactor se reduce drásticamente, permitiendo que la investigación avance de manera eficiente. Además de garantizar una vida útil más prolongada y la durabilidad de estos materiales del reactor, estas aplicaciones también tienen beneficios para el consumidor.

"Estamos contribuyendo a las necesidades energéticas de la nación, "Dijo Gigax." Al contribuir al desarrollo de materiales que pueden soportar el estrés de radiación adicional de operar a niveles más altos, quemaduras de combustible más eficientes, lo que se traduce en una mayor producción de energía por fuente de combustible, estamos ayudando a que la energía sea más barata y accesible para el consumidor medio ".

La investigación está financiada por el Departamento de Energía de EE. UU., cuyo interés en este proyecto deja a Gigax con la sensación de que él y otros miembros del equipo de investigación están haciendo un trabajo positivo que beneficia a la comunidad en general.

"Gran parte de nuestra financiación proviene de fuentes gubernamentales, "Dijo Gigax." La idea aquí es que al obtener fondos a través de estos proyectos, estamos muy orientados al servicio hacia los intereses de la comunidad y eso se combina muy bien con Aggie Spirit. Como Aggies, es bueno sentir que estamos sirviendo a los intereses de la comunidad ".