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Multiscale Modelling and Materials by Design of interface-controlled Radiation Damage in Crystalline Materials

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Modellazione delle proprietà di auto riparazione per i reattori nucleari

La comparsa di nuovi concetti che utilizzano le nanoscienze nella progettazione dei materiali strutturali aiuterà a portare alle scoperte necessarie per i futuri sistemi a energia nucleare. Essi hanno consentito agli scienziati dell’UE, ad esempio, di sviluppare modelli multiscala di nuovi materiali per i reattori che si riparano da soli per una migliore resistenza alle radiazioni.

Energia

I danni da radiazioni si manifestano nella formazione di vuoti e nel creep da irraggiamento, delle deformazioni dei materiali del reattore che possono portare ad avarie. Le prove suggeriscono che la formazione di vuoti può essere impedita con una nuova classe di materiali sviluppata di recente che può vantare proprietà di auto riparazione. Tuttavia, la modellazione matematica e gli strumenti di simulazione necessari per studiare i fenomeni e per sviluppare migliori progettazioni non erano in precedenza disponibili. Questa lacuna nella conoscenza è stata colmata dal progetto RADINTERFACES (Multiscale modelling and materials by design of interface-controlled radiation damage in crystalline materials), finanziato dall’UE. I ricercatori hanno esaminato i fenomeni a tutti i livelli rilevanti, iniziando con la struttura elettronica per mezzo della quale l’atomo primario rimosso (primary knocked-on atom, PKA) può iniziare la successione a cascata di eventi distruttivi. I nuovi film multistrato di materiali cristallini multifase hanno dimostrato la capacità di riparare i danni associati al PKA. I ricercatori hanno quindi modellato i comportamenti di questi materiali a tutti i livelli, che vanno dalle interazioni tra atomi (microscala) fino alla propagazione del danno nei singoli cristalli e nei vari strati dei materiali (mesoscala) e all’intero sistema (macroscala). I modelli hanno consentito agli scienziati di prevedere le caratteristiche delle prestazioni dell’elemento del rettore stesso. Un lavoro sperimentale integrativo sul comportamento dei materiali si è concentrato sulla creazione di campioni di film sottile usando tre tecniche convenzionali. I partner del progetto hanno sviluppato due nuovi metodi per descrivere le interazioni microstrutturali e i difetti nei materiali con interfacce multistrato. Essi hanno anche definito le forze che governano le interazioni tra gli elementi atomici rilevanti. Inoltre, è stato sviluppato un codice per descrivere le dinamiche dei distacchi su mesoscala nelle strutture multilamellari oltre che le regole che governano l’interazione delle interfacce e i difetti indotti dalle radiazioni. Infine, gli scienziati hanno sintetizzato dei composti multistrato rilevanti e ne hanno descritto le proprietà. RADINTERFACES ha sviluppato i necessari strumenti di modellazione multiscala per progettare componenti del reattore a partire da nuovi materiali cristallini multifase con radicali proprietà di auto riparazione. Multipli strati con ampie aree di interfaccia aiuteranno a impedire la formazione di vuoti che inizia in un PKA, prolungando così la vita del reattore, riducendo i costi di esercizio e aumentando la sicurezza. Per di più, la tecnologia sviluppata dal consorzio potrebbe portare ad applicazioni completamente nuove per l’elettrochimica con notevoli impatti sulla tecnologia industriale esistente.

Parole chiave

Nanoscienze, energia nucleare, reattore, radiazioni, formazione vuoti, creep irraggiamento, auto riparazione, RADINTERFACES, atomo rimosso, elettrochimica

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