Międzynarodowy zespół naukowców opracował nowy, niezwykle odporny na promieniowanie materiał, który może zrewolucjonizować projektowanie elementów konstrukcyjnych np. w reaktorach syntezy termojądrowej. W pracach uczestniczyli naukowcy z Politechniki Warszawskiej.

Jednym z głównych problemów technologicznych w energetyce jądrowej są materiały konstrukcyjne, które stopniowo ulegają niszczeniu pod wpływem nieustannego promieniowania. Może to zmienić stosowanie w przyszłych konstrukcjach reaktorów jądrowych – tzw. stopów o wysokiej entropii, czyli o dużym stopniu nieuporządkowania atomów.

To nowa klasa materiałów, które składają się z czterech lub więcej składników o podobnym stężeniu. Stopy te cechują się wysoką entropią konfiguracyjną, wyjątkową mikrostrukturą i unikalnymi właściwościami.

Opracowany stop o wysokiej entropii W-Ta-Cr-V (wolfram, tantal, chrom, wanad) jest niezwykle odporny na promieniowanie i zachowuje przy tym znakomite właściwości mechaniczne. Z tego względu materiał ten jest atrakcyjnym kandydatem do zastosowań w elementach konstrukcyjnych przyszłych reaktorów jądrowych lub syntezy termojądrowej – czytamy na stronach internetowych Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, która sfinansowała prace polskich badaczy.

W pracach grupy badawczej uczestniczyli naukowcy z Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej pod kierunkiem dra inż. Jana Wróbla. Polacy byli odpowiedzialni za stworzenie modelu teoretycznego, który wyjaśnił przyczynę wydzielania w stopie faz o zwiększonej zawartości atomów wanadu i chromu. Wyniki badań zostały opublikowane na łamach pisma „Science Advances”.

– Ze względu na olbrzymią liczbę możliwych kombinacji, zarówno doboru pierwiastków jak i ich stężeń, eksperymentalne przebadanie wszystkich kombinacji stopów nie jest możliwe. Dlatego materiały te są ciągle mało poznane. Głównym celem naszych badań jest zrozumienie, w jaki sposób uporządkowanie atomowe oraz podstawowe właściwości stopów zależą od stężeń poszczególnych pierwiastków oraz od temperatury ‒ powiedział cytowany w komunikacie na stronach FNP dr inż. Jan Wróbel.

.Polscy badacze stworzyli model, który łączy ze sobą metody obliczeniowe oparte na mechanice kwantowej z metodami statystycznymi. Dzięki niemu uczeni zdołali wykazać, że w stopie W-Ta-Cr-V występuje silna tendencja do przyciągania pomiędzy atomami wanadu i chromu, które jest przyczyną wydzielania faz o zwiększonej zawartości atomów wanadu i chromu, obserwowanych eksperymentalnie przez biorących udział w badaniach naukowców z USA.

– Co więcej, symulacje komputerowe przeprowadzane systematycznie w szerokim zakresie stężeń i temperatur mogą się przyczynić do znalezienia optymalnego składu stopu, który potencjalnie może mieć jeszcze lepsze właściwości niż ten opisany w naszej publikacji ‒ dodał dr inż. Jan Wróbel.

 

 

 

Źródło: FNP, DziennikNaukowy