隨著煤和石油等不可再生能（néng）源的減少，核能已（yǐ）經成為人（rén）類的目標能源。為了更安全地應用核能，我們必須要找到可靠的抗輻射材料。近期，密（mì）歇根州立大學的研（yán）究人員研發了一種包含三種或（huò）三種以上元素的合金，具（jù）有超強的抗輻射能力。

 

 

 

在核工業領域應用的金屬材料麵臨（lín）的最大挑戰就是高溫下的（de）抗輻（fú）射能力，一般的核燃料金屬保護層（céng）在高溫下（xià）都（dōu）會膨脹，其體積甚至（zhì）會（huì）變成原來的（de）二倍。這種膨脹不僅會影響整（zhěng）體結構的其他部分，還會使其強度降（jiàng）低。

 

密歇根（gēn）州立大學核工程與放射科學的Lumin Wang 教授表示：“當輻射粒子進入金（jīn）屬材料中的時候，原有晶格結構中的原子被‘打’出來，取代原（yuán）子在金屬結構中快速移動。留下來的（de）空位（wèi）卻不能移動，如（rú）果同一區域中有多（duō）個原子被取代，這些空位就會聚合成為大的孔洞，從而影響材料性能。”

 

為了控製這些空洞的形成以及（jí）隨之而來的（de）金屬膨脹，目（mù）前大多數的研究人員都把目標（biāo）放在如何創造納米級的內（nèi）部結構，使其在一定程度上吸收缺陷，從而保護原材料的完整性。但是Lumin Wang教授的研究團隊卻選擇了最傳統的方法，創造出沒有晶格缺陷的合金。

 

Lumin Wang教授和（hé）他的同事們製造了一係列的鎳基合金試樣。這些合金具有（yǒu）很高的強度和延展性，是由相同含量的鎳、鈷、鐵或者鎳、鈷、鐵、鉻、錳組成的高密度固溶體。為了檢測其抗輻射能力，他們的合作者田納西州大學的研究人員將這些試樣暴露在核輻射中，其輻射（shè）水（shuǐ）平相當於在一個（gè）核反（fǎn）應堆中心積累了幾年甚至幾十年。值得注意的是，該項輻射實驗是在（zài）500℃下完成的，也就是傳統的鎳基合（hé）金發生膨脹的溫度。隨後，密歇根州立大（dà）學材料性能研究中心的研究人員用透（tòu）射電鏡（jìng）對經過輻射的樣品進行分析，他們發現，該合金的抗輻射能力比傳統純鎳金屬的抗（kàng）輻射能力高了100多倍。

 

為了進一步解釋該合金的抗輻射特性，核工程與放射科學的理論專家Fei Gao教授在原子水平進行了計算機仿真（zhēn），發現其抗輻射能力歸因於被取代原（yuán）子在材料中的運動形式。他解釋道：“簡單地講，在合金中原子大小不同，相（xiàng）當（dāng）於形成了一些‘隆起’或‘凹坑（kēng）’，取代原子就會因為受到碰撞而減速。因（yīn）此取（qǔ）代原子和晶格中的空位挨著很近，它們很容易結合到一起，從（cóng）而使空（kōng）位得到修複，不能形成大的孔洞。”