Устойчивые к радиации материалы — ключевое условие для создания безопасной термоядерной энергетики будущего. Специалисты Томского политеха совместно с коллегами из Объединенного института ядерных исследований проверили, как ведут себя новые многослойные покрытия в экстремальной среде. Результаты показали, что разработанная архитектура способна ограничивать накопление дефектов и сохранять целостность, сообщает пресс-служба томского вуза.
«Физическое понимание того, как градиентные структуры реагируют на экстремальные условия, включая генерацию и перераспределение дефектов, вызванных облучением, критически важно для перехода функционально-градиентных материалов от концептуальных архитектур к инженерным материалам с регулируемым и предсказуемым поведением», — подчеркнул профессор отделения экспериментальной физики ТПУ Роман Лаптев.
Образцы для испытаний получили методом магнетронного распыления. Слоеный материал состоял из четырех функциональных частей: внешнего слоя ниобия толщиной 3 микрона, наноразмерного покрытия из чередующихся слоев циркония и ниобия, адгезионной прослойки и подложки из цирконий-ниобиевого сплава. Толщина отдельных нанослоев составила около 60 нанометров.
Исследователи подвергли полученные образцы облучению протонами с энергией 800 килоэлектронвольт и ионами гелия с энергией 2 мегаэлектронвольта. Воздействие проводилось на электростатических ускорителях при комнатной температуре. Нарушения, которые искали ученые, анализировали с помощью просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и метода позитронной аннигиляционной спектрометрии.
Специалисты выяснили, что многослойная система эффективно останавливает распространение радиационных повреждений. Накопление структурных нарушений и механические изменения фиксировались лишь в тонкой внешней области покрытия. Это происходит благодаря тому, что границы между разнородными слоями служат барьером для дефектов.
Ассистент отделения экспериментальной физики Антон Ломыгин пояснил, что радиационная чувствительность внешней зоны связана с внутренними искажениями кристаллической решетки из-за межфазного взаимодействия. Полученные научные данные формируют физическую базу для проектирования материалов, способных работать внутри термоядерных энергетических систем.
