Международная группа, возглавляемая учеными из
Массачусетского технологического института, обнаружила, что добавки небольшого
количества углеродных нанотрубок к металлам делает их намного более стойкими к
пагубному влиянию радиации на их структуру. В настоящее время все это проверено
по отношению к металлам с низкой температурой плавления, к примеру, алюминию,
но в недалеком будущем способность нанотрубок замедлять процессы разрушения
позволит увеличить надежность и сроки службы энергетических атомных реакторов и
прочих ядерных установок, в том числе и используемых в научных целях.
Сильный уровень радиации влияет пагубно не только на все
живое, он также является причиной кардинальных структурных изменений в
металлах. Постоянное воздействие сильной радиации делает металл пористым и
хрупким до тех пор, пока в месте воздействия не образуются трещины и другие
дефекты. Естественно, эти процессы влияют в худшую сторону на надежность,
безопасность и сроки службы деталей и узлов ядерных установок и ученые и инженеры
уже достаточно давно находятся в поисках решения этой проблемы.
Проблема заключается в том, что атомы металла,
подвергаясь бомбардировке высокоэнергетическими частицами, видоизменяются или
расщепляются. Внутри кристаллической решетки металла формируются микропузырьки
гелия. И эти пузырьки, подобно пузырькам азота в крови быстро поднимающегося на
поверхность водолаза, могут послужить причиной повреждения материала. А в
металле эти пузырьки разрывают границы между зернами, из которых состоит
большинство металлических сплавов. Поэтому металл в месте воздействия радиации
становится менее прочным и более хрупким.
Металл с углеродными нанотрубками
Ученые обнаружили, что введение в объем металла
небольшого количества углеродных нанотрубок, менее двух процентов от объема
металла, позволяет металлу обрести высокую стойкость к воздействию радиации.
Нанотрубки, равномерно распределенные по объему металла, формируют нечто вроде
сети, через которую возникающий гелий отводится за пределы металлических
деталей и не он становится причиной возникновения дефектов.
Однако, процесс введения углеродных нанотрубок в металл
при высокой температуре разрушает эти нанотрубки и преобразовывает металл в
углеродное соединение, в карбид этого металла. Однако, в любом случае эти
нанотрубки оставляют свой структурный след в металле, подобный насекомому,
пойманному внутри кусочка янтаря. Наличие таких структурных аномалий позволяет
гелию беспрепятственно покидать пределы металлических деталей, более того, их
наличие в некоторых условиях, способствует самовосстановлению возникающих
дефектов.
Ученые произвели сравнение структурных изменений в
простом металле и металле с углеродными нанотрубками, которые подвергались
воздействию одного и того же потока радиации. Эти исследования показали, что
стойкость к радиации металла с нанотрубками в 5-10 раз превышает стойкость
чистого металла. Кроме этого, "нанотрубочные" добавки на 50 процентов
увеличивают прочность материала и улучшают его гибкость.
