Comprendere la natura del danno da radiazioni nei materiali è di fondamentale importanza per il controllo della sicurezza dei reattori nucleari, tecnologia dei semiconduttori, e progettare dispositivi affidabili nello spazio. Da oltre 60 anni, l'approccio standard per stimare analiticamente il danno da radiazione nei materiali è stata una semplice equazione nota come Kinchin-Pease. Però, il numero di spostamenti per atomo (DPA) ottenuto da questa equazione di solito non corrisponde a nessuna quantità fisicamente misurabile nei metalli comuni. Questo è stato stabilito sperimentalmente circa 40 anni fa, e le simulazioni al computer effettuate negli ultimi 25 anni ne hanno stabilito con fermezza la ragione fisica.

"La spiegazione è, in breve, che nei metalli, l'irradiazione produce su scale temporali di picosecondi una zona simile a un liquido, durante la quale la fase di raffreddamento ricombina gran parte del danno inizialmente prodotto, portando a una riduzione di un terzo dei danni, "dice il professor Kai Nordlund, che ha guidato la ricerca del team per previsioni più accurate sull'usabilità dei materiali negli ambienti nucleari. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati in Comunicazioni sulla natura .

"D'altra parte, la formazione del liquido transitorio porta ad una massiccia quantità di atomi nel cristallo, circa un fattore 30 in più rispetto al valore DPA, essere sostituiti da altri dopo che il liquido si è raffreddato, " lui dice.

Anche se questi problemi sono ben consolidati, non c'è stato finora alcun tentativo di correggere i problemi delle equazioni DPA standard.

Nel loro articolo, intitolato "Miglioramento dello spostamento atomico e dei calcoli di sostituzione con modelli di danno fisicamente realistici, " gli scienziati presentano l'esito della loro ricerca. Essa ha portato alla formulazione di due nuove equazioni, le funzioni DPA corrette per ricombinazione atermica (arc-DPA) e le funzioni di sostituzione per atomo (RPA), quale, con un minimo aumento della complessità computazionale, consentono previsioni accurate e sperimentalmente verificabili della produzione di danni e della miscelazione delle radiazioni nei materiali.

I ricercatori si aspettano che le nuove equazioni costituiranno una base per formulare previsioni più affidabili ed efficienti della vita utile dei materiali nei reattori nucleari e in altri ambienti con alti livelli di radiazioni ionizzanti. Ciò è particolarmente importante per formulare la fusione e nuovi tipi di centrali nucleari a fissione.