Keramika, galinti ištaisyti savo kristalinę struktūrą (0)
Mokslininkai iš Pacific Northwest National Laboratory (JAV) nustatė, kad laisvų deguonies atomų judėjimas gardelėje gali „išgydyti“ radiacijos sukeltus pažeidimus specialiai sukurtoje keramikoje, kurioje yra cirkonio atomų, stabilizuotų itriu, ir taip sukurti tobulesnę apsaugą radioaktyviosioms atliekoms.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Mokslininkai tyrinėjo medžiagas, su itrio ir cirkonio oksidais, turinčių atsitiktinių kristalinės gardelės defektų, vadinamų vakansijomis. Jos atsiranda todėl, kad itris turi mažesnį elektros krūvį nei cirkonis. Tuomet cirkonio oksidas, norint atstatyti krūvių balansą, praranda vieną deguonies atomą, tačiau tuomet toje vietoje atsiranda deguonies atomo trūkumas, ir į tą vietą gali pereiti deguonies atomas iš kitos gardelės vietos. Tai reiškia, kad tokioje medžiagoje deguonies atomai nuolat juda.
„Tai kiek primena išdykusius klasės mokinius – kai tik mokytojas nusisuka, jie persėda iš savo vietų į laisvas, o į tas atsilaisvinusias kėdes persėda kiti mokiniai“, sakė Ram Devanathan, vienas iš šios laboratorijos mokslininkų.
Buvo modeliuojama, kas vyksta tokioje medžiagoje, jeigu atome įvyksta alfa skilimas (alfa dalelę sudaro 2 protonai ir 2 neutronai) - ši gana sunki dalelė stumia atomą priešinga kryptimi, ir jis gali pažeisti gretimai esančių atomų struktūrą. Tačiau pasirodė, kad laisvai judantys deguonies atomai gali ištaisyti tokius pažeidimus.
Nors toks „savaiminio pasitaisymo“ mechanizmas pilnai nepašalina visų defektų, tačiau tyrimas parodė, kad tokiu atveju defektai nebūna lokalizuoti vienoje medžiagos vietoje, kas dažnai ir lemia tai, kad toje vietoje medžiaga ir pradeda irti.
Mėginant veikti radiacija keramika tik su cirkoniu, be itrio atomų, pasirodė, kad defektai pradeda kauptis tam tikrose vietose, smarkiai keisdami medžiagos savybes.
Dabar mokslininkai ieško ir kitų medžiagų, turinčių panašias savybes kaip itrio-cirkonio keramika, kurios galėtų padėti kurti tobulesnes apsaugos priemones didelio radioaktyvumo atliekų saugojimui.
Mokslininkų darbas publikuojamas žurnale „Journal of Materials Research“: Ram Devanathan and William J. Weber. "Dynamic annealing of defects in irradiated zirconia-based ceramics," March 2008, 23(3):593-597.
Iliustracijoje:
a) Itriu stabilizuoto cirkonio struktūroje radiacijos sukelti defektai yra mažesni ir toliau vienas nuo kito (paveikslėlis viršuje);
b) cirkonyje defektai kaupiasi ir tose vietose medžiagos struktūra gali būti pažeista (paveikslėlis apačioje).