Проведенные с помощью суперкомпьютеров расчеты показали, что возможно создать керамические материалы, способные к самовосстановлению после радиационного повреждения. Это может привести к созданию более эффективных компонентов ядерных электростанций и более безопасных хранилищ для их радиоактивных отходов.
Самолечение: Керамика сможет восстанавливаться
Стабилизированный включениями иттрия цирконий (вверху) после воздействия жесткой радиации остается не слишком поврежденным, и нарушения его структуры распределены довольно равномерно, слабо влияя на свойства материала в целом. В обычном цирконии (внизу) дефекты образуют разрушительные кластеры

Исследование было проведено в лабораториях PNNL Рамой Деванатаном (Ram Devanathan) и Уильямом Уэбером (William Weber), которые так прокомментировали его: «Если вам требуется материал, способный противостоять радиации, скажем, тысячу лет, придется придумать что-то с возможностями постепенно самовосстанавливаться». Используя производительную мощь нескольких суперкомпьютеров, ученые провели симуляцию взаимодействий «керамических» фрагментов, состоящих из миллионов атомов.

За основу они взяли материал, состоящий из оксида циркония, стабилизированного включениями оксида иттрия. Дело в том, что такой материал сам по себе включает мельчайшие дефекты структуры из-за того, что электрический заряд атомов иттрия меньше, чем у циркония. И чтобы восполнить возникающий из-за этого дисбаланс, связанный с цирконием кислород смещается к иттрию, создавая вакантные места, которые тоже весьма «привлекательны» для кислорода. В итоге атомы кислорода то и дело скачут то туда, то обратно. «Это как класс непоседливых младших школьников, — говорит Деванатан, — как только учитель отворачивается, они сразу вскакивают со своих мест».

Затем ученые симулировали процесс взаимодействия отдельного атома с альфа-частицей радиоактивного излучения. При столкновении с атомным ядром такие разогнанные частицы передают ему часть своей энергии, заставляя ядро «скакать», разрушая окружающую структуру. Наконец, они перешли к симуляции всего процесса для группы из миллионов атомов — и вот тут-то им и понадобились силы нескольких суперкомпьютеров. Выяснилось, что именно «непоседливость» атомов кислорода и создает своего рода «эффект самовосстановления»: на место выбитых со своих позиций атомов тут же находятся заместители. Для сравнения они провели симуляцию радиационного воздействия на обычную циркониевую пластинку, и показали, что ее структурная целостность нарушается гораздо быстрей.

По мнению некоторых экспертов, самовосстанавливающиеся материалы в будущем сильно изменят облик современных технологий и производств. Читайте об аналогичных разработках: «Самолечащаяся резина», «Вечный двигатель».

По информации Roland Piquepaille′s Technology Trends