No coração do reator de fusão ITER, a radiação intensa atingirá implacavelmente as paredes metálicas, comprometendo potencialmente a sua integridade estrutural. Para evitar falhas catastróficas, os cientistas estão estudando meticulosamente como a radiação altera as propriedades dos metais no nível atômico.

Usando técnicas de ponta, pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Berkeley, estão simulando os efeitos prejudiciais da radiação, eliminando átomos individuais de uma estrutura metálica. Ao examinar os defeitos resultantes, pretendem obter uma compreensão abrangente dos processos microscópicos que contribuem para a degradação do material induzida pela radiação.

“Ao compreender os mecanismos detalhados dos danos causados ​​pela radiação à escala atómica, podemos desenvolver estratégias para mitigar os seus efeitos”, explica Andrew Minor, professor de engenharia nuclear na UC Berkeley e investigador principal do projeto.

Em seus experimentos, a equipe utiliza um feixe focado de partículas carregadas, como íons de hélio, para bombardear uma fina folha de metal. Cada íon colide com átomos na estrutura metálica, transferindo energia e potencialmente tirando-os de suas posições.

Para visualizar os danos, os pesquisadores empregam um conjunto de técnicas avançadas de microscopia, incluindo microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM). Essas técnicas fornecem imagens de alta resolução dos defeitos, revelando a localização, tamanho e forma dos átomos deslocados.

Ao controlar cuidadosamente a intensidade e a energia do feixe de íons, a equipe pode estudar sistematicamente os efeitos de diferentes doses de radiação e tipos de íons. Isso permite identificar os principais fatores que influenciam a formação e evolução de defeitos no metal.

“Estamos particularmente interessados ​​em compreender como os defeitos interagem entre si e como afetam coletivamente as propriedades gerais do material”, diz Minor.

As descobertas da equipe têm implicações para o projeto e desenvolvimento de materiais que possam suportar o ambiente severo de radiação dos reatores de fusão. Ao identificar os materiais mais resistentes à radiação e compreender os mecanismos subjacentes aos danos causados ​​pela radiação, os cientistas podem aumentar a segurança e a eficiência destas fontes de energia promissoras.

Esta pesquisa é apoiada pelo Escritório de Ciências de Energia de Fusão do Departamento de Energia dos EUA e é conduzida como parte do Berkeley Fusion Science Center.