Lo strumento per tomografia a sonda atomica LEAP® 4000 di EMSL fornisce una vista 3D delle interazioni fisiche e chimiche a livello atomico negli elementi metallici, come gli acciai ODS irradiati utilizzati in questo studio. Il lavoro dell'APT ha rivelato immagini chiare dei nanocluster per migliori confronti. Qui, il 14YWT, Il campione da 100 dpa (a sinistra) è stato irradiato con ioni (450°C), mentre il campione 9CrODS (a destra) è stato irradiato con neutroni a 500°C.
Contenere e ritardare in modo sicuro la mobilità dei combustibili dei reattori sono preoccupazioni di vecchia data del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e del Dipartimento della Difesa, rendendo la stabilità alle radiazioni dei materiali utilizzati per i componenti strutturali e il rivestimento del combustibile di fondamentale importanza. In questo studio, gli scienziati hanno utilizzato vari strumenti di analisi, compresa la tomografia a sonda atomica (APT) di EMSL, fascio ionico focalizzato, e capacità di accelerazione, esaminare nanocluster di ossido complessi all'interno di una dispersione di ossido rinforzata, o ODS, acciai per determinarne la potenziale resistenza e stabilità in una serie di condizioni di irraggiamento. I complessi nanocluster negli acciai ODS aumentano la resistenza del metallo alle alte temperature, rendendo l'acciaio ODS praticabile per l'uso in strutture nucleari o applicazioni di rivestimento.
In questo lavoro, due acciai ODS—14YWT e 9CrODS—sono stati sottoposti a protoni, ioni pesanti, e irraggiamento di neutroni a temperatura controllata. La sonda atomica sensibile di EMSL, che funziona particolarmente bene con i materiali metallici, può separare gli elementi di un campione e ricostruirli in una visuale tridimensionale. Ciò ha permesso agli scienziati di calcolare e quantificare i nanocluster, mostrando che la temperatura di irradiazione ha influenzato le distribuzioni delle dimensioni dei cluster. Però, il numero di cluster è rimasto costante durante le condizioni di irradiazione di ioni pesanti (dove sono stati rilevati cluster). Ciò indica che sebbene le cascate di collisione spostino gli atomi durante la ricottura, nessun nuovo cluster sta nucleando. Così, se la temperatura è abbastanza alta, le particelle espulse si diffondono al cluster genitore, risultando in un ambiente stabile.
Nelle loro varie analisi, gli scienziati hanno determinato che la diffusione ha anche influenzato sia l'instabilità dei nanocluster a basse temperature, con poca o nessuna diffusione di particelle, e stabilità alle alte temperature, dove la diffusione ha permesso agli atomi espulsi di riformare i nanocluster. Inoltre, ha mostrato come gli acciai ODS possono offrire una resistenza alle radiazioni a lungo termine.
