L'instrument de tomographie à sonde atomique LEAP® 4000 d'EMSL fournit une vue en 3D des interactions physiques et chimiques au niveau atomique dans les éléments métalliques, tels que les aciers ODS irradiés utilisés dans cette étude. Les travaux de l'APT ont révélé des images claires des nanoclusters pour de meilleures comparaisons. Ici, le 14YWT, L'échantillon de 100 dpa (à gauche) a été irradié par des ions (450°C), tandis que l'échantillon de 9CrODS (à droite) a été irradié par des neutrons à 500°C.
Le confinement et le retard de la mobilité des combustibles des réacteurs en toute sécurité sont des préoccupations de longue date du Département de l'énergie et du Département de la défense des États-Unis, rendant la stabilité aux rayonnements des matériaux utilisés pour les composants structurels et la gaine du combustible d'une importance critique. Dans cette étude, les scientifiques ont utilisé divers outils d'analyse, y compris la tomographie par sonde atomique (APT) de l'EMSL, faisceau d'ions focalisé, et les capacités de l'accélérateur, pour examiner des nanoclusters d'oxyde complexes au sein d'une dispersion d'oxyde renforcée, ou ODS, aciers pour déterminer leur résistance potentielle et leur stabilité dans diverses conditions d'irradiation. Les nanoclusters complexes dans les aciers ODS augmentent la résistance à haute température du métal, rendre l'acier ODS viable pour une utilisation dans des applications de structure nucléaire ou de revêtement.
Dans ce travail, deux aciers ODS – 14YWT et 9CrODS – ont subi des protons, ions lourds, et les irradiations neutroniques sous températures contrôlées. La sonde atomique sensible de l'EMSL, qui fonctionne particulièrement bien avec les matériaux métalliques, peut séparer les éléments d'un échantillon et les reconstituer dans un visuel tridimensionnel. Cela a permis aux scientifiques de calculer et de quantifier les nanoclusters, montrant que la température d'irradiation affectait la distribution de la taille des amas. Cependant, le nombre d'amas est resté constant dans les conditions d'irradiation aux ions lourds (où des amas ont été détectés). Cela indique que bien que les cascades de collision déplacent les atomes pendant le recuit, aucun nouveau cluster ne nuclée. Ainsi, si la température est suffisamment élevée, les particules éjectées se diffusent vers le cluster parent, résultant en un environnement stable.
Dans leurs analyses variées, les scientifiques ont déterminé que la diffusion affectait également à la fois l'instabilité des nanoclusters à basse température, avec peu ou pas de diffusion de particules, et stabilité à haute température, où la diffusion a permis aux atomes éjectés de reformer des nanoclusters. De plus, il a montré comment les aciers ODS peuvent offrir une résistance aux radiations à long terme.
