Une équipe multi-institutions a utilisé des faisceaux de positons pour sonder la nature des effets des rayonnements, fournissant un nouvel aperçu de la façon dont les dommages sont produits dans les films de fer. Cette exploration peut améliorer la sécurité des matériaux utilisés dans les réacteurs nucléaires et d'autres environnements de rayonnement.

"Les positons n'endommagent pas le matériau et ils peuvent révéler des défauts impliquant des atomes uniques à de très faibles concentrations, " dit Blas Uberuaga, un scientifique des matériaux du Laboratoire national de Los Alamos sur le projet. "Ils sont donc l'une des sondes les plus sensibles que nous puissions utiliser pour analyser les dommages causés par les radiations, fournir des données critiques sur la nature des défauts dans le matériau et renforcer notre compréhension des effets des rayonnements." Positrons, une forme d'antimatière, s'annihiler lorsqu'ils entrent en contact avec des électrons dans le matériau, donnant des informations sur la configuration locale des atomes.

Les dommages causés par les radiations se produisent lorsque des particules à haute énergie s'écrasent sur des matériaux, déloger les atomes et créer des défauts dans le cristal - soit des positions manquant un atome soit un atome entre les deux, ou interstitiel, postes. Cette cascade de collision s'apparente à une boule de bowling claquant dans des quilles de bowling, sauf que la boule peut être un neutron et les broches sont des atomes. Les défauts qui sont créés sont finalement responsables de la défaillance de ces matériaux dans de nombreux environnements extrêmes tels que ceux présents dans les parois et divers composants des réacteurs nucléaires. Ainsi, il est essentiel de comprendre comment les défauts se créent et se comportent dans le matériau dans ces environnements.

Avec de minces couches de fer comme modèle pour l'acier, l'équipe a utilisé des faisceaux d'ions - des atomes accélérés en laboratoire - pour imiter le type de dommages qui pourraient être créés dans un réacteur.

Ces films contenaient un nombre élevé de vides, ou des pores dans le matériau. L'équipe a ensuite utilisé une combinaison de positons et de microscopie électronique pour examiner le matériau avant et après les dommages causés par le faisceau d'ions. En combinant des techniques de caractérisation utilisant des positons et des électrons, ils ont pu interroger à la fois des défauts très petits et beaucoup plus gros. Spécifiquement, ils ont pu élucider de nouveaux mécanismes dans lesquels les vides déjà présents dans le matériau modifiaient la manière dont les dommages étaient produits lors des cascades de collisions.