Os metais avançam no tempo no Ion Accelerator Laboratory, uma instalação dentro do Departamento de Engenharia Nuclear da Texas A&M University e pesquisadores do grupo Ion Beam Laboratory do departamento estão acelerando o relógio em ligas metálicas e aços.

Os pesquisadores estão usando íons como substitutos da radiação de nêutrons para ver em um curto espaço de tempo quão estáveis ​​esses metais são depois de suportar as condições de décadas de uso dentro de um reator nuclear.

"Estamos essencialmente pegando essas ligas e irradiando com íons para atingir os danos vistos em condições semelhantes às de um reator, "disse Jonathan Gigax, um pesquisador assistente graduado que trabalha com o investigador principal do laboratório, Professor Associado Dr. Lin Shao. "Isso é importante porque nas instalações de reatores atuais leva décadas para chegar aos níveis de desgaste que esses metais verão nos reatores da próxima geração. Portanto, usamos aceleradores de íons porque eles podem alcançá-los muito mais rápido."

De acordo com Gigax, há uma série de diferenças entre as irradiações de íons e nêutrons que impedem comparações um a um. Contudo, numerosos estudos iniciais e estudos recentes mostram que certos comportamentos são muito semelhantes em ambos os ambientes. Isso ajuda a qualificar a técnica e permite que os pesquisadores selecionem rapidamente um grande número de ligas candidatas. Os resultados fornecem uma compreensão das propriedades únicas que tornam certas ligas resistentes à radiação, para que novas ligas possam ser desenvolvidas para uso na construção de reatores e ajudar a alcançar o uso eficiente do combustível do reator. Para atingir a eficiência ideal, o reator deve operar em alta combustão, que coloca pressão sobre os metais e ligas dentro do reator. Para atingir queima de combustível altamente eficiente, ligas que podem resistir a mudanças microestruturais de radiação de nêutrons produzidos por danos, também conhecido como fluência e inchaço, são necessários para garantir uma longa vida útil para o reator.

"Um bom exemplo de fenômeno de fluência seria um filamento em uma lâmpada incandescente, "Gigax disse." O filamento permanece em uma temperatura muito alta por um longo período de tempo e se deforma lentamente até quebrar. A mesma coisa pode acontecer com aços em altas temperaturas ou sob grandes tensões, portanto, a ideia era que precisávamos desenvolver uma liga que não apresentasse fluência em grande extensão. "

Os aços usados ​​no reator, como resultado de fluência e inchaço, sofrer deformação e alterar o comportamento operacional do reator. Os metais de cristal único são resistentes à fluência, mas são caros de fazer e normalmente exibem mais intumescimento de vazios do que seus equivalentes policristalinos. Grãos muito pequenos oferecem melhor resistência ao intumescimento, mas tornam o aço suscetível à fluência.

Gigax compara o fenômeno à areia em uma ampulheta, onde os grãos de areia são muito finos e podem fluir de uma ponta à outra da ampulheta. Metais que possuem grãos pequenos são mais suscetíveis à fluência porque os grãos são capazes de se mover mais facilmente em altas temperaturas e sob estresse, especialmente ao ser bombardeado por nêutrons, ao contrário de grãos maiores que oferecem mais resistência. Para resolver este problema, óxidos podem ser ligados ao metal para fixar esses limites e tornar o movimento desses grãos mais difícil, ao mesmo tempo que retém os benefícios de uma estrutura de grão fino em relação ao inchaço vazio. De acordo com Gigax, isso seria semelhante a prender alguns grãos de areia no lugar dentro da ampulheta, impedindo que os grãos se movam.

"Depois de obter todos esses resultados, existem duas coisas que podemos fazer, "Gigax disse." Podemos ver o que torna uma liga melhor do que as outras e, em seguida, orientar o desenvolvimento posterior dessa liga com base em suas qualidades positivas, ou depois de identificar uma boa liga, você pode dedicar recursos para colocá-la dentro de um reator nuclear para testá-la nas condições exatas. "

Por meio do uso dos aceleradores de íons, o tempo e o compromisso de custo para o teste do reator são drasticamente reduzidos, permitindo que a pesquisa avance com eficiência. Além de garantir uma vida útil mais longa e durabilidade desses materiais do reator, esses aplicativos também trazem benefícios para o consumidor.

“Estamos contribuindo para as necessidades de energia da nação, "Gigax disse." Ao contribuir para o desenvolvimento de materiais que podem suportar o estresse de radiação adicional de operar em níveis mais elevados, queima de combustível mais eficiente, o que se traduz em mais produção de energia por fonte de combustível, estamos ajudando a tornar a energia mais barata e acessível para o consumidor médio. "

A pesquisa é financiada pelo Departamento de Energia dos EUA, cujo interesse neste projeto deixa Gigax com a sensação de que ele e outros na equipe de pesquisa estão fazendo um trabalho positivo que está beneficiando a comunidade em geral.

"Muito do nosso financiamento vem de fontes governamentais, "Gigax disse." A ideia aqui é que, ao sermos financiados por meio desses projetos, estamos muito preocupados com os interesses da comunidade e que acolhem bem o Espírito Aggie. Como Aggies, é bom sentir que estamos servindo aos interesses da comunidade. "