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新型合金 可让核电站更坚固耐用

2017-01-03 16:34:03
作者:本网整理
来源:网络

核反应堆外壳会遭到辐射经年持久的破坏,进而造成了高昂的维修费用。现在,一种新型的合金可以让它更坚固。芬兰赫尔辛基大学研究员们制造了一种高熵合金,其抗辐射效果较好,可降低核工厂的维修成本,前景一片光明,但是其真正投入核工厂的使用尚需几年时间。

 

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    核反应堆外壳会遭到辐射经年持久的破坏,进而造成了高昂的维修费用。现在,一种新型的合金可以让它更坚固。


    芬兰赫尔辛基大学研究员们制造了一种高熵合金,其抗辐射效果较好,可降低核工厂的维修成本,前景一片光明,但是其真正投入核工厂的使用尚需几年时间。


    老旧的核设备无人想要。最近,一个有欧洲三个国家组成的民间联盟正在游说比利时关闭两个40年的核反应堆,因担忧其泄露。


    核工厂会产生很多中子。当离开核原子核时,中子就会轰击它周围的钢中的原子。一些中子把钢中的原子撞击出来,会使钢变脆。所以核电厂需要定期更换钢部件,既昂贵又耗时。


    为此,芬兰赫尔辛基大学的Kai Nordlund及其同事用高熵合金做实验,验证是否该合金的抗辐射性能更好,以解决上述问题。Nordlund介绍,“在新一代核反应堆中,辐射情况更严重,因此寻找合适的金属以在这个环境下存活是非常具有积极意义的。”


   
性能强过钢

 

    在高熵合金中,不同元素的晶体随机排布,因此无论从哪一个方向出发,都可以等几率地遇到一个特定元素的原子。这与钢不同,其原子具有可识别模式和集群的性质。


    虽然高熵合金已经存在超过10年了,但仅在过去几年中,它们只应用在高品质材料的研究中。


    科学家们进行了模拟,试图找出抗辐射效果最好的组合,最后选定镍铁和镍钴铬合金进行研究。随后,他们用这种新材料做成一个一微米厚的盘,然后向其发射一束金离子和镍离子,来模拟核反应堆辐射。


    结果发现,新材料比纯镍盘的缺陷要少上2-3倍。据研究者透露,之所以用纯镍而不是钢来做对比,是因为它比钢更容易计算。
在模拟中,研究者发现新材料比含10%铬的铁合金性能更优,后者是典型的不锈钢。不过,Nordlund认为核工厂应用这种新合金尚需时日:“我们很高兴取得这样的成绩,但我不敢用这些材料建造一个核反应堆”。


    其他材料科学家认为该合金应用时机还没有成熟。Nordlund团队所使用的原子缺陷只是众多考核指标中的一个。Nordlund还需要进行全面的测试。


    该研究成果已发表在Physical Review Letters 上。

 

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责任编辑:邢云辉

标签: 新型合金, 核电站

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