A energia nuclear é um componente importante do futuro de energia limpa de longo prazo de nossa nação, mas a tecnologia está sob crescente escrutínio após o recente desastre japonês de Fukushima. De fato, muitas nações pediram verificações e "testes de estresse" para garantir que as usinas nucleares estejam operando com segurança.

Nos Estados Unidos, cerca de 20 por cento de nossa eletricidade e quase 70 por cento da eletricidade de fontes livres de emissão, incluindo tecnologias renováveis ​​e usinas hidrelétricas, é fornecido pela energia nuclear. Junto com a geração de energia, muitas das instalações nucleares do mundo são usadas para pesquisa, teste de materiais, ou a produção de radioisótopos para a indústria médica. A vida útil dos componentes de materiais estruturais e funcionais nessas instalações é, portanto, crucial para garantir uma operação confiável e segura.

Agora cientistas do Berkeley Lab, a Universidade da Califórnia em Berkeley, e o Laboratório Nacional de Los Alamos desenvolveram uma técnica de teste em nanoescala para materiais irradiados que fornece propriedades de resistência de materiais em macroescala. Essa técnica pode ajudar a acelerar o desenvolvimento de novos materiais para aplicações nucleares e reduzir a quantidade de material necessária para testes de instalações já em serviço.

"Testes mecânicos em nanoescala sempre fornecem forças maiores do que em macroescala, valores em massa para um material. Este é um problema se você realmente quiser usar um teste em nanoescala para lhe dizer algo sobre as propriedades do material a granel, "disse Andrew Minor, um professor cientista no National Center for Electron Microscopy (NCEM) e um professor associado no departamento de ciência e engenharia de materiais na UC Berkeley. "Nós mostramos que você pode realmente obter propriedades reais de espécimes irradiados de até 400 nanômetros de diâmetro, o que realmente abre o campo de materiais nucleares para tirar proveito dos testes em nanoescala. "

Neste estudo, Minor e seus colegas realizaram testes de compressão de espécimes de cobre irradiados com prótons de alta energia, projetado para modelar como os danos da radiação afetam as propriedades mecânicas do cobre. Ao usar um dispositivo de teste mecânico especializado in situ em um microscópio eletrônico de transmissão no NCEM, a equipe pôde examinar - com resolução em nanoescala - a natureza da deformação e como ela foi localizada em apenas alguns planos atômicos.

Defeitos tridimensionais dentro do cobre criado por radiação podem bloquear o movimento de defeitos unidimensionais na estrutura do cristal, chamados deslocamentos. Essa interação faz com que os materiais irradiados se tornem quebradiços, e altera a quantidade de força que um material pode suportar antes de quebrar. Ao traduzir os valores de força em nanoescala em propriedades em massa, essa técnica pode ajudar os projetistas de reatores a encontrar materiais adequados para componentes de engenharia em usinas nucleares.

"Esta técnica de teste em pequena escala pode ajudar a estender a vida útil de um reator nuclear, "disse o co-autor Peter Hosemann, professor assistente no departamento de engenharia nuclear da UC Berkeley. "Usando um espécime menor, limitamos quaisquer questões de segurança relacionadas ao manuseio do material de teste e podemos medir as propriedades exatas de um material que já está sendo usado em uma instalação nuclear de 40 anos para garantir que essa estrutura dure no futuro. "

Adicionais menores, "Compreender como os materiais falham é uma questão mecanicista fundamental. Esta prova de estudo de princípio nos dá um sistema modelo a partir do qual podemos começar a explorar o real, materiais práticos aplicáveis ​​à energia nuclear. Ao compreender o papel dos defeitos nas propriedades mecânicas dos materiais do reator nuclear, podemos projetar materiais que são mais resistentes a danos por radiação, levando a tecnologias nucleares mais avançadas e seguras. "