核反應(yīng)堆外殼會(huì)遭到輻射經(jīng)年持久的破壞，進(jìn)而造成了高昂的維修費(fèi)用。現(xiàn)在，一種新型的合金可以讓它更堅(jiān)固。

2016 年 3 月，芬蘭赫爾辛基大學(xué)研究員們制造了一種高熵合金，其抗輻射效果較好，可降低核工廠的維修成本，前景一片光明，但是其真正投入核工廠的使用尚需幾年時(shí)間。

老舊的核設(shè)備無(wú)人想要。最近，一個(gè)有歐洲三個(gè)國(guó)家組成的民間聯(lián)盟正在游說(shuō)比利時(shí)關(guān)閉兩個(gè)40年的核反應(yīng)堆，因擔(dān)憂其泄露。

核工廠會(huì)產(chǎn)生很多中子。當(dāng)離開(kāi)核原子核時(shí)，中子就會(huì)轟擊它周圍的鋼中的原子。一些中子把鋼中的原子撞擊出來(lái)，會(huì)使鋼變脆。所以核電廠需要定期更換鋼部件，既昂貴又耗時(shí)。

為此，芬蘭赫爾辛基大學(xué)的 KaiNordlund 及其同事用高熵合金做實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證是否該合金的抗輻射性能更好，以解決上述問(wèn)題。Nordlund 介紹，“在新一代核反應(yīng)堆中，輻射情況更嚴(yán)重，因此尋找合適的金屬以在這個(gè)環(huán)境下存活是非常具有積極意義的。”

性能強(qiáng)過(guò)鋼

在高熵合金中，不同元素的晶體隨機(jī)排布，因此無(wú)論從哪一個(gè)方向出發(fā)，都可以等幾率地遇到一個(gè)特定元素的原子。這與鋼不同，其原子具有可識(shí)別模式和集群的性質(zhì)。

雖然高熵合金已經(jīng)存在超過(guò) 10 年了，但僅在過(guò)去幾年中，它們只應(yīng)用在高品質(zhì)材料的研究中。

科學(xué)家們進(jìn)行了模擬，試圖找出抗輻射效果最好的組合，最后選定鎳鐵和鎳鈷鉻合金進(jìn)行研究。隨后，他們用這種新材料做成一個(gè)一微米厚的盤，然后向其發(fā)射一束金離子和鎳離子，來(lái)模擬核反應(yīng)堆輻射。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，新材料比純鎳盤的缺陷要少上 2-3 倍。據(jù)研究者透露，之所以用純鎳而不是鋼來(lái)做對(duì)比，是因?yàn)樗蠕摳菀子?jì)算。

在模擬中，研究者發(fā)現(xiàn)新材料比含10% 鉻的鐵合金性能更優(yōu)，后者是典型的不銹鋼。

不過(guò)，Nordlund 認(rèn)為核工廠應(yīng)用這種新合金尚需時(shí)日：“我們很高興取得這樣的成績(jī)，但我不敢用這些材料建造一個(gè)核反應(yīng)堆”。

其他材料科學(xué)家認(rèn)為該合金應(yīng)用時(shí)機(jī)還沒(méi)有成熟。Nordlund 團(tuán)隊(duì)所使用的原子缺陷只是眾多考核指標(biāo)中的一個(gè)。

Nordlund 還需要進(jìn)行全面的測(cè)試。該研究成果已發(fā)表在Physical ReviewLetters 上。

原文鏈接：New alloys could lead to next generation ofnuke plant metals