Высокоэнтропийные сплавы изготавливаются с использованием пяти или более металлов, смешанных в равных атомных концентрациях.
Вид на машинный зал энергоблока №1 атомной электростанции Дарлингтон в Канаде.
ОПГ
Исследователи из Канадских ядерных лабораторий (CNL) изучают особый тип материала, называемый высокоэнтропийным сплавом (ВЭС), изготовленный с использованием различных металлов, способный выдерживать высокие температуры и радиацию ядерных реакторов.
Исследователи надеются, что их материал в конечном итоге заменит нержавеющую сталь, которая в настоящее время используется для этих целей.
В то время как мир стремится отказаться от ископаемого топлива, альтернативные источники энергии, такие как атомная энергетика, готовы занять лидирующие позиции. Хотя атомная энергетика и является проверенной системой предотвращения выбросов углерода, она сопряжена с проблемами безопасности.
Экстремальные условия реакции внутри ядерного реактора представляют собой сложную инженерную задачу, и исследователи ищут способы снижения рисков с помощью новых технологий и материалов.
Хотя нержавеющая сталь долгое время была основным материалом для строительства ядерных реакторов, сейчас исследователи ищут более прочные материалы, способные выдерживать такие экстремальные условия. Высокоэнтропийные сплавы — один из таких материалов.
Что такое высокоэнтропийный сплав?
В отличие от обычных сплавов, состоящих из двух металлов и добавок других металлов в незначительных концентрациях, высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) состоят из пяти или более металлов, смешанных в более или менее равных атомных концентрациях.
Увеличение содержания компонентов приводит к высокой энтропии смешения, что в конечном итоге приводит к стабилизации в фазе простого твёрдого раствора, часто кубической структуры. Это приводит к искажению структуры кристаллической решетки, что обуславливает уникальные свойства высокопрочных электронов, такие как высокая прочность, пластичность и коррозионная стойкость, среди прочих.
Предыдущие исследования показали, что ГЭА также устойчивы к радиации, но механизм развития этой устойчивости не до конца понятен.
Изучение HEA с помощью света
Исследовательская группа под руководством Цяна Вана, специалиста по материалам из CNL, использовала сверхъяркий синхротронный свет в Канадском источнике света в Университете Саскачевана для изучения высокоэнергетического усилителя, изготовленного из железа, марганца, хрома и никеля.
«Он должен быть стабильным, чтобы не менять микроструктуру при высоких температурах, и обладать определённой устойчивостью к облучению», — пояснил Ван выбор материала в пресс-релизе. «Вот почему мы выбрали этот материал. А ещё потому, что его довольно просто производить».
Исследователи подвергли HEA воздействию высокоэнергетических протонов при температурах 752 градуса по Фаренгейту (400 градусов по Цельсию) и 1112 градусов по Фаренгейту (600 градусов по Цельсию), а также воздействию различных доз радиации и использовали рентгеновские лучи синхотрона для изучения воздействия на HEA.
При более низких температурах группа наблюдала небольшие пластинчатые дефекты в высокоэнергетическом слое (HEA), называемые петлями Франка, число которых увеличивалось при более высоких температурах. По мере повышения температуры металлы начали разделяться: некоторые области теряли марганец, а другие приобретали железо и никель. Это позволило исследователям лучше понять, как высокоэнергетический слой (HEA) ведет себя в экстремальных условиях.
Хотя HEA показал лучшие результаты, чем нержавеющая сталь, Ван смягчил ожидания от исследования. «Мы обнаружили некоторые преимущества и некоторые неожиданные вещи, поэтому, очевидно, этот материал необходимо изучить более подробно, чтобы полностью понять области его применения».
«Он все еще не прошел сертификацию в атомной отрасли, поэтому мы точно не знаем, для чего он будет использоваться. Именно поэтому мы проводим испытания материала, чтобы выяснить, соответствует ли он этим требованиям», — заключил Ван в пресс-релизе.
Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Nuclear Materials.
Sourse: interestingengineering.com
