Cientistas de materiais do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) deram um passo mais perto de compreender a dinâmica de interação de defeitos no carboneto de silício.

Quando uma partícula energética, como um nêutron ou um íon, colide com um material, a partícula penetra e cria deslocamentos por processos balísticos de arrancar átomos da rede de suas posições de equilíbrio. Esses átomos eliminados geralmente têm energia cinética alta o suficiente para deslocar outros átomos próximos. Como resultado, uma cascata de deslocamentos atômicos é criada ao longo da trajetória do íon.

Os íons energéticos com diferentes massas criam cascatas de colisão com diferentes densidades de deslocamento. Os íons pesados ​​criam cascatas de colisão densas, enquanto as cascatas produzidas por íons de luz e nêutrons são diluídas com distâncias médias muito maiores entre os deslocamentos dentro de cada cascata.

Essas densidades em cascata não são apenas uma curiosidade intelectual. Para muitos materiais não metálicos, a densidade das cascatas de colisão determina a facilidade com que o material é danificado sob irradiação. Contudo, os efeitos das densidades da cascata de colisão na dinâmica dos defeitos de radiação permaneceram essencialmente inexplorados. A dinâmica do defeito de radiação geralmente permanece uma das mais complexas, tópicos mal compreendidos e muito debatidos na comunidade de danos por radiação.

O carboneto de silício é usado para alimentar dispositivos eletrônicos, como um transistor, que operam em alta temperatura e alta tensão. Além disso, carboneto de silício foi investigado quanto à sua viabilidade como revestimento de combustível nuclear.

Em um estudo publicado na edição de 17 de março de Relatórios Científicos , uma equipe do LLNL e da Texas A&M University usou um método de feixe de íons pulsado desenvolvido recentemente para investigar como os danos da radiação no carboneto de silício são influenciados pela densidade das cascatas de colisão. O carboneto de silício é uma cerâmica nuclear e um material semicondutor de banda larga. A equipe estudou sistematicamente a dinâmica do defeito de radiação em carboneto de silício bombardeado com íons diferentes que criam cascatas de colisão com densidades em uma ampla faixa. Os pesquisadores usaram feixes de íons pulsados ​​para medir a vida útil de defeitos móveis e desenvolveram um novo método para calcular as densidades em cascata.

A equipe descobriu que cascatas de colisão mais densas não apenas criam mais danos, mas também evoluem muito mais lentamente do que as cascatas diluídas. Seu trabalho é a primeira demonstração de que, além da taxa de dose, a dinâmica de interação de defeitos no carboneto de silício depende fortemente da densidade da cascata.

"Este estudo é outro exemplo de como o desenvolvimento de novos métodos experimentais pode nos ajudar a entender melhor os processos básicos de danos por radiação, "disse o cientista LLNL L. Bimo Bayu Aji, o autor principal do artigo.

"Este trabalho mostra que o carboneto de silício deve causar danos diferentes em ambientes de radiação caracterizados por diferentes fluxos e energias de nêutrons, e que qualquer modelagem verdadeiramente preditiva de danos de radiação precisa incluir dinâmica de interação de defeitos, "disse Sergei Kucheyev, o líder do projeto LLNL.