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NOVIDADES
Durante anos, os cientistas têm procurado materiais que possam suportar melhor as temperaturas e radiação dentro de reatores nucleares, como a TVA Watts Bar Nuclear Power Plant, mostrada na ilustração. Uma nova pesquisa expôs as deficiências de materiais nanoestruturados, até então tidos como uma panaceia, como componentes de reatores.  Pesquisadores do Tennessee Valley Authority Lawrence Livermore National Laboratory descobriram que materiais nanocristalinos não resistem necessariamente aos efeitos da radiação em reatores nucleares melhor que os materiais atualmente utilizados. Créditos: Lawrence Livermore National Laboratory
No entanto, pesquisas anteriores publicadas na revista Applied Physics Letters por Mukul Kumar e seus colegas do Lawrence Livermore National Laboratory, EUA, mostraram através de experimentos que os materiais nanocristalinos têm pouca estabilidade nas condições térmicas dos reatores. Em uma nova pesquisa publicada na na revista Acta Materialia, a equipe de Kumar, através da microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM) in-situ descobriram que os materiais nanocristalinos também não sobrevivem aos danos da radiação. A maioria dos materiais estruturais utilizados em reatores nucleares estão propensos aos danos causados pela radiação, que degradam as suas propriedades mecânicas e limitam a sua vida útil. A irradiação de partículas de alta energia produz defeitos nestes materiais, que são instáveis em altas temperaturas e influenciados por campos de tensões, associados a defeitos pré-existentes. Após uma fase inicial de relaxação, os defeitos que não se recombinam agregam para produzir clusters de defeitos ou difundem-se rapidamente para as interfaces e outros defeitos, induzindo a evolução de danos na microestrutura. Os cientistas têm procurado há anos encontrar um novo material para componentes internos de reatores nucleares que poderiam suportar melhor altas temperaturas e danos da radiação. Os materiais atuais duram de quatro a cinco anos antes de serem trocados por novos. Kumar disse que inicialmente sua equipe pensou que as nanoestruturas, particularmente com uma alta densidade de interfaces de baixa energia tais como limites de grãos pensados para impedir ‘endurecimento’ térmico, seriam capazes de prolongar a vida útil desses componentes em até 25 anos. Contudo os resultados experimentais se mostraram diferentes. "Nós mostramos por que não funciona", disse ele. A equipe supôs que uma área de contorno de grão de alta densidade agiria como um dissipador eficaz para defeitos induzidos pela radiação. No entanto, a absorção contínua de defeitos pode alterar a estrutura dos limites de grão e/ou melhorar a sua mobilidade, conduzindo eventualmente a degradação microestrutural na forma de ‘endurecimento’ dos grãos negando, assim, a sua tolerância à radiação inicial. Os resultados finais mostraram que os nanocristais não sobreviveram melhor aos danos da radiação do que os materiais atualmente utilizados.No entanto, Kumar disse que um novo tipo de rede de contorno de grão pode ser projetado em microestruturas policristalinas (com grãos em escala micrométrica) que possam melhor suportar altas temperaturas, resistir aos danos da radiação e aumentar a vida útil dos componentes do reator. Essa rede, devidamente coordenada, seria constituída por uma mistura de limites de grão de baixa energia que resistiria ao ‘endurecimento’ térmico e de altas energias que absorveria as altas energias. Lawrence Livermore National Laboratory (Tradução - ACM). |
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