I ricercatori della Texas A&M University hanno recentemente dimostrato prestazioni superiori di una nuova lega rinforzata con dispersione di ossido (ODS) che hanno sviluppato per l'uso sia nei reattori a fissione che a fusione.

Dott. Lin Shao, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Nucleare, ha lavorato a fianco di ricercatori del Los Alamos National Laboratory e dell'Università di Hokkaido per creare la prossima generazione di leghe ODS ad alte prestazioni, e finora sono alcuni dei metalli più forti e meglio sviluppati nel campo.

Le leghe ODS sono costituite da una combinazione di metalli intervallati da piccoli, particelle di ossido di dimensioni nanometriche e sono noti per la loro elevata resistenza al creep. Ciò significa che all'aumentare della temperatura, i materiali mantengono la loro forma invece di deformarsi. Molte leghe ODS possono resistere a temperature fino a 1, 000 C e sono generalmente utilizzati nella generazione di energia e nei motori nell'ambito dell'ingegneria aerospaziale, così come le posate.

La comunità nucleare ha un forte bisogno di materiali affidabili e durevoli per costituire i componenti principali dei reattori nucleari. Il materiale deve essere ad alta resistenza, tollerante alle radiazioni e resistente al rigonfiamento del vuoto (i materiali sviluppano cavità se sottoposti a radiazioni di neutroni, portare a guasti meccanici).

I ricercatori nucleari come Shao stanno costantemente cercando di identificare materiali di qualità resistenti al creep e al rigonfiamento per il loro uso nei reattori ad alta temperatura.

"Generalmente, Le leghe ODS dovrebbero essere resistenti al rigonfiamento se esposte a radiazioni di neutroni estreme, " disse Shao. "Tuttavia, la maggior parte delle leghe ODS commerciali è problematica fin dall'inizio."

Questo perché quasi tutte le leghe ODS commerciali sono basate sulla fase ferritica. leghe ferritiche, classificati per la loro struttura cristallina e comportamento metallurgico, avere una buona duttilità e una ragionevole resistenza alle alte temperature. Però, la fase ferritica è la fase più debole se giudicata dalla sua resistenza al rigonfiamento, facendo quindi fallire la maggior parte delle leghe ODS commerciali nella prima linea di difesa.

Shao, conosciuto a livello internazionale per il suo lavoro pionieristico nella scienza dei materiali radioattivi, dirige il laboratorio acceleratore per il collaudo delle leghe in condizioni di irraggiamento estremo. Shao e il suo team di ricerca hanno collaborato con il gruppo di ricerca giapponese dell'Università di Hokkaido guidato dal Dr. Shigeharu Ukai per sviluppare varie nuove leghe ODS.

"Abbiamo deciso di esplorare un nuovo principio di progettazione in cui le particelle di ossido sono incorporate nella fase martensitica, che è meglio ridurre il gonfiore del vuoto, piuttosto che la fase ferritica, " disse Shao.

Le leghe ODS risultanti sono in grado di sopravvivere fino a 400 spostamenti per atomo e sono alcune delle leghe di maggior successo sviluppate nel campo, sia in termini di resistenza alle alte temperature che di resistenza al rigonfiamento superiore.

I dettagli del progetto completo sono stati pubblicati nel Journal of Nuclear Materials insieme allo studio più recente. Da allora il team ha condotto numerosi studi e ha attirato l'attenzione del Dipartimento dell'energia e dell'industria nucleare degli Stati Uniti. Il progetto ha prodotto un totale di 18 articoli su riviste e due tesi di dottorato.