50年前辐射损伤之谜的新领军者

半个世纪以来，研究人员已经看到核反应堆钢在暴露于辐射后被取代的原子环，但没有人能弄清楚是如何做到的。

现在，密歇根大学、湖南大学(中国)和伦斯勒理工学院的研究人员进行的模拟显示，冲击波会在铁中产生这些环。这一结果可以帮助工程师为反应堆设计更好的抗辐射钢，或者通常更坚固的钢。

像大多数金属一样，钢是以晶格的形式组织起来的——以重复模式排列的原子为基础。在这种情况下，它是一个立方体，每个角上有一个原子，中心有一个原子。而辐射和其他应力会产生各种缺陷。

在“环”缺陷中，不合适的原子形成粗糙的环。有些环可以穿过晶格，它们的移动性意味着它们不会阻碍钢的弯曲。但是有缺陷的缺陷(称为100隙位错环)往往保持不变。这些固定环以不受控制的方式放置，导致脆性，但如果故意放置，它们可以通过提高钢的刚度来加强钢。

“现在我们知道了这种机制，我们可以通过限制材料暴露的粒子能量来减少辐射损伤，”高菲实验室的研究员、核工程和放射学教授彭清说。

“我们还可以用它来设计材料内部的缺陷。根据能量的不同，你可以产生不同类型的位错来调整材料的性质。”

前面的五种解释都是为了解释神秘的回路，但都不是特别令人满意，因为它们都需要特殊的条件和相对较长的时间来创建回路。

由于缺陷看起来太快而无法测量，研究人员希望他们能够在计算机上模拟这种机制。但也没有发生。他们认为绘制实时轨迹需要太长时间——没有足够的功率在合理的时间内模拟所有这些原子。

最后的观察被证明是部分正确的：要建模的原子太多了。但是过程本身很短；麻烦的是铁的体积足以引起反应。

“如果模拟太小，高能粒子就会通过。”彭没有回应，说：

高的团队创建了一个由2亿个铁原子组成的盒子的计算机模型，这些铁原子排列在一个典型的网格中，并用高能粒子撞击它。他们看到的是一股强大的冲击波从晶格中撕裂出来，向不同的方向分支。

数百万个铁原子从它们的位置移开，当波消散时，数百万个铁原子落回晶格中。剩下的是数百个“点”缺陷，其中单个原子是不合适的——以及一些循环。很多都是可以旅行的环，这不是脆的主要原因，但通常有一两个是固定型的。

原来这些循环是在最初的冲击波中产生的，这个过程大约只需要13万亿分之一秒。这种解释早在40年前就浮出水面，但它是用来解释线而不是闭环中的缺陷。

既然该机制是已知的，类似的计算机建模可以用于推荐钢合金在具有辐射的环境中的操作条件。能量较低的粒子不会产生足够强的冲击波产生这种缺陷。

或者，这种缺陷可以故意放在钢中以增强其刚性。这些固定的原子环卡在晶体中的其他原子之间，使钢更难弯曲。

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