Una combinazione di spettroscopia di annichilazione di positroni e microscopia elettronica a trasmissione rivela nuove intuizioni su come si forma il danno nei materiali irradiati, suggerendo un meccanismo in cui grandi fori nel materiale assorbono gli atomi in posizioni interstiziali nel reticolo e si restringono, ma lascia più posizioni a cui mancano gli atomi. Credito:Laboratorio nazionale di Los Alamos.
Un team multi-istituzionale ha utilizzato fasci di positroni per sondare la natura degli effetti delle radiazioni, fornendo nuove informazioni su come vengono prodotti i danni nei film di ferro. Questa esplorazione può migliorare la sicurezza dei materiali utilizzati nei reattori nucleari e in altri ambienti con radiazioni.
"I positroni non danneggiano il materiale e possono rivelare difetti che coinvolgono singoli atomi a concentrazioni molto piccole, " ha detto Blas Uberuaga, uno scienziato dei materiali del Los Alamos National Laboratory sul progetto. "Sono quindi una delle sonde più sensibili che possiamo usare per analizzare i danni da radiazioni, fornendo dati critici sulla natura dei difetti nel materiale e sviluppando la nostra comprensione degli effetti delle radiazioni." Positroni, una forma di antimateria, annichilarsi quando entrano in contatto con gli elettroni nel materiale, dare informazioni sulla configurazione locale degli atomi.
Il danno da radiazioni si verifica quando le particelle ad alta energia si schiantano contro i materiali, facendo cadere gli atomi fuori posizione e creando difetti nel cristallo:posizioni mancanti di un atomo o di un atomo in mezzo, o interstiziale, posizioni. Questa cascata di collisioni è simile a una palla da bowling che sbatte contro i birilli, tranne che la palla può essere un neutrone e i perni sono atomi. I difetti che si creano sono in ultima analisi responsabili del guasto di questi materiali in molti ambienti estremi come quelli presenti nelle pareti e nei vari componenti dei reattori nucleari. Così, è fondamentale capire come si creano i difetti e come si comportano nel materiale in questi ambienti.
Con sottili pellicole di ferro come modello per l'acciaio, il team ha utilizzato fasci di ioni, atomi accelerati in laboratorio, per imitare il tipo di danno che potrebbe essere creato in un reattore.
Questi film contenevano un alto numero di vuoti, o pori nel materiale. Il team ha quindi utilizzato una combinazione di positroni e microscopia elettronica per esaminare il materiale prima e dopo il danno del fascio ionico. Combinando tecniche di caratterizzazione che utilizzano positroni ed elettroni, sono stati in grado di interrogare sia difetti molto piccoli che molto più grandi. Nello specifico, sono stati in grado di chiarire nuovi meccanismi in cui i vuoti già presenti nel materiale hanno modificato il modo in cui il danno è stato prodotto durante le cascate di collisione.
