麻省理工發現,輻射可以延長某些合金材料使用壽命

麻省理工發現,輻射可以延長某些合金材料使用壽命
輻射會使許多材料產生損傷,加速結構老化,這也使得高輻射環境(如核反應爐)的關鍵零件必須時常更換,但麻省理工(MIT)研究人員發現,對於一些可以在反應爐中使用的合金來說,輻射不僅不會加速材料腐蝕,還反而可以提高其電阻,使材料的使用壽命增加一倍。

根據《自然通訊》(Nature Communications)期刊最新論文作者、麻省理工核科學與工程學教授 Michael Short 的說法,這項發現純屬偶然。當時團隊正在試圖量化輻射量與某些鎳鉻合金的腐蝕速率相關性,這些合金可用作核燃料零件的外殼,但團隊卻在其中發現相反的情況。

材料腐蝕是反應爐容器在惡劣環境中失效的主要原因,因此輻射應該量是造成腐蝕的關鍵因素,但在測驗的一開始,團隊就觀察到相反效果的跡象:當沐浴在輻射中,材料腐蝕似乎減少而不是加速了。

「我們在不同條件下重複了數十次實驗,每次都得到相同的結果,即腐蝕速度延緩。」

在這項模擬反應爐環境的實驗中,團隊使用了熔融的鈉、鋰和鉀鹽模擬反應爐中使用的真空冷卻劑,使輻射環境類似於反應爐中的情況,預期在高溫熔融鹽與金屬接觸的地方,腐蝕應會迅速發生,但研究人員卻發現,當這些鎳鉻合金浸入輻射中時,腐蝕的速度卻減緩至原來的兩倍。

在以 650 度高溫照射金屬與熔融鹽接觸後,使用穿透式電子顯微鏡(TEM)仔細分析了受影響合金表面,結果顯示,輻射會在合金結構中產生微小缺陷,這種缺陷使金屬原子更容易擴散,流入並填充由腐蝕性鹽產生的空隙,也就是說,輻射損傷實際上促進了金屬內部的一種自癒機制。

Short 指出,其實早在半世紀前就有人曾觀察到這種情況,當時在測試早期熔鹽反應爐時,便發現材料的腐蝕低於預期,但研究人員一直都不明白其原因。

隨著原因揭曉,這項發現將能應用在各種新的反應爐設計中,能夠更準確預測反應爐中關鍵零件的使用壽命,將可以減少對零件及早更換的需求,使其比現有設計更安全,更有效。

「這項發現與特定反應爐設計無關。它可以幫助到所有人」。

To engineers’ surprise, radiation can slow corrosion of some materials

(首圖為鎳鉻合金的輻照區(左)和未輻照區(右),來源:MIT)

最新科技新聞
人氣科技新聞
行動版 電腦版