Compreender a natureza dos danos por radiação em materiais é de suma importância para controlar a segurança dos reatores nucleares, tecnologia de semicondutores, e projetar dispositivos confiáveis ​​no espaço. Por mais de 60 anos, a abordagem padrão para estimar o dano de radiação em materiais analiticamente tem sido uma equação simples conhecida como Kinchin-Pease. Contudo, o número de deslocamentos por átomo (DPA) obtido a partir desta equação geralmente não corresponde a qualquer quantidade fisicamente mensurável em metais comuns. Isso foi estabelecido experimentalmente há cerca de 40 anos, e as simulações de computador realizadas durante os últimos 25 anos estabeleceram firmemente a razão física para isso.

"A explicação é, em resumo, que em metais, a irradiação produz em escalas de tempo de picossegundos uma zona semelhante a líquido, durante a qual a fase de resfriamento recombina muitos dos danos inicialmente produzidos, levando a uma redução de um terço nos danos, "diz o professor Kai Nordlund, que liderou a busca da equipe por previsões mais precisas de usabilidade de materiais em ambientes nucleares. Os pesquisadores publicaram seus resultados em Nature Communications .

"Por outro lado, a formação do líquido transitório leva a uma grande quantidade de átomos no cristal, cerca de um fator de 30 a mais do que o valor DPA, sendo substituído por outros após o líquido esfriar, " ele diz.

Mesmo que esses problemas estejam bem estabelecidos, não houve até agora nenhuma tentativa de corrigir os problemas das equações padrão da DPA.

Em seu artigo, intitulado "Melhorando o deslocamento atômico e os cálculos de substituição com modelos de danos fisicamente realistas, "os cientistas apresentam o resultado de suas pesquisas. Isso levou à formulação de duas novas equações, as funções DPA corrigida por recombinação atérmica (arc-DPA) e as funções de substituições por átomo (RPA), que, com um aumento mínimo na complexidade computacional, permitem previsões precisas e experimentalmente testáveis ​​de produção de danos e mistura de radiação em materiais.

Os pesquisadores esperam que as novas equações sejam uma base para a formulação de previsões mais confiáveis ​​e eficientes da vida útil de materiais em reatores nucleares e outros ambientes com altos níveis de radiação ionizante. Isso é especialmente importante para formular fusão e novos tipos de usinas nucleares de fissão.