Materiais auto-regenerativos

   Um dos grandes desafios no desenho de reatores é a obtenção de materiais que são capazes de resistir a temperaturas muito altas, à radiação, ao stress físico, e as condições corrosivas que ocorrem no seu interior.

A radiação pode fazer com que átomos isolados ou grupos de átomos sejam empurrados para fora do seu lugar original na estrutura do material, deixando dessa forma um espaço vazia normalmente designado para vaga. Os átomos deslocados, por sua vez chamados intersticiais e podem causar diversos efeitos indesejáveis nos referidos materiais, fazendo com que inchem ou tornando-se rígidos e quebradiços, por intermédio da sua acumulação ao longo do tempo. Isto pode levar a falhas catastróficas do reator.

Os materiais nanocristalinos nos quais os cientistas estão agora a trabalhar são fabricados a partir de partículas de cobre tamanho nanométrico. Um único grão do material possuí o tamanho de um vírus, podendo mesmo ser ais pequeno. A estrutura do material é criada pela mistura dos grãos e da interface entre os mesmos, chamada fronteira de grão. Estes materiais possuem uma grande quantidade de fronteiras de grão, que se tem conjecturado que sejam capazes de absorver e remover defeitos como os intersticiais e as vagas, sendo por isso mais tolerantes a radiação que materiais com grãos maiores. Porém, até uma recente simulação de computador não era possível prever o desempenho de materiais nanocristalinos em ambientes extremos, o que se deve sobretudo a complexidade dos detalhes específicos do que ocorre no interior dos sólidos.

Um novo e antes visto fenômeno descoberto através deste processo pela equipe nas fronteiras de grão de materiais nanocristalinos permite uma auto-regeneração efetiva dos defeitos induzidos pela radiação, tendo sido designado como carga-descarga. Através de três diferentes técnicas de simulação, os investigadores estudaram a interação entre os defeitos e as fronteiras de grão em escalas temporais que vão de alguns segundos a vários microssegundos. Nas escalas mais reduzidas os materiais danificados por radiação passaram por um processo de carga nas fronteiras de grão, ficando os átomos intersticiais presos nessas últimas. Após a captura dos intersticiais a fronteira descarrega-os de volta às vagas próximas de si, regenerando assim o material. A equipe declarou que este processo de descarga é totalmente inesperado porque as fronteiras são tradicionalmente encaradas como espaços que apenas acumulam intersticiais.