Comprendre la nature des dommages causés par les radiations dans les matériaux est d'une importance primordiale pour contrôler la sûreté des réacteurs nucléaires, technologie des semi-conducteurs, et la conception de dispositifs fiables dans l'espace. Depuis plus de 60 ans, l'approche standard pour estimer analytiquement les dommages causés par le rayonnement dans les matériaux a été une équation simple connue sous le nom de Kinchin-Pease. Cependant, le nombre de déplacements par atome (DPA) obtenu à partir de cette équation ne correspond généralement à aucune quantité physiquement mesurable dans les métaux communs. Cela a été établi expérimentalement il y a environ 40 ans, et les simulations informatiques réalisées au cours des 25 dernières années en ont fermement établi la raison physique.

"L'explication est, en bref, que dans les métaux, l'irradiation produit à des échelles de temps de la picoseconde une zone semblable à un liquide, au cours de laquelle la phase de refroidissement recombine une grande partie des dommages initialement produits, conduisant à une réduction d'un tiers des dommages, " dit le professeur Kai Nordlund, qui a dirigé la recherche de l'équipe pour des prédictions plus précises de l'utilisabilité des matériaux dans les environnements nucléaires. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans Communication Nature .

"D'autre part, la formation du liquide transitoire conduit à une quantité massive d'atomes dans le cristal, environ un facteur 30 de plus que la valeur DPA, être remplacé par d'autres après refroidissement du liquide, " il dit.

Même si ces problèmes sont bien établis, il n'y a eu jusqu'à présent aucune tentative pour corriger les problèmes des équations DPA standard.

Dans leur article, intitulé "Améliorer les calculs de déplacement et de remplacement atomique avec des modèles de dommages physiquement réalistes, " les scientifiques présentent le résultat de leurs recherches. Cela a conduit à la formulation de deux nouvelles équations, les fonctions DPA corrigées par recombinaison athermique (arc-DPA) et les remplacements par atome (RPA), lequel, avec une augmentation minimale de la complexité de calcul, permettent des prédictions précises et testables expérimentalement de la production de dommages et du mélange de rayonnement dans les matériaux.

Les chercheurs s'attendent à ce que les nouvelles équations servent de base à la formulation de prédictions plus fiables et plus efficaces de la durée de vie utile des matériaux dans les réacteurs nucléaires et d'autres environnements avec des niveaux élevés de rayonnement ionisant. Ceci est particulièrement important pour la formulation de la fusion et de nouveaux types de centrales nucléaires à fission.