Renkant realaus laiko duomenis, susijusius su medžiagos mikrostruktūros evoliucija radiacinės apšvitos metu

Anonim

Gali būti nenuostabu sužinoti, kad apie radiacijos poveikį medžiagoms lieka daug nežinoma. Masačusetso technologijos institutas (MIT) mokslininkams, norėdamas rasti atsakymus, kuria metodus, skirtus ištirti mikrostruktūros evoliuciją ir spinduliuotės medžiagų degradaciją.

Šiandien dauguma apšvitintų medžiagų bandymų apima medžiagą kuriančią medžiagą, atskleidžiančią ją spinduliuotei, ir naikinantį medžiagos bandymą, kad nustatytų, kaip pasikeičia jo charakteristikos. Ypatingas dėmesys yra mechaninių ir šiluminių transporto savybių pokyčiai, dėl kurių mokslininkai bando nustatyti visą saugaus medžiagos naudojimo laiką inžinerinėse sistemose radiacinės aplinkos sąlygomis.

Vienas trūkumas šio bandymo metodo, labiausiai žinomas kaip "virėjas ir išvaizda", yra tas, kad tai lėtas. Šią savaitę "MIT" tyrėjai pranešė apie "dinamiškesnį" variantą " Applied Physics Letters", kad nuolat stebėtų medžiagų, kurioms esant ekspozicija susiduria su spinduliuote, savybes. Tai suteikia realaus laiko informaciją apie medžiagos mikrostruktūrinę raidą.

"MIT" Mesoscale "branduolinių medžiagų laboratorijoje mes tobulinome metodiką, pavadintą" trumpalaikio grotelių spektroskopija "(TGS), kuri yra jautriai tiek terminio transporto, tiek medžiagų elastingumo savybėms", - teigė Cody Dennett, pagrindinis autoriaus ir branduolinio mokslo ir inžinerijos doktorantas. "Norint naudoti tokio tipo metodą dinaminių medžiagų pokyčių stebėjimui, mums pirmiausia reikėjo parodyti, sukūrę ir išbandydami naujas optines konfigūracijas, kad būtų galima matuoti medžiagų savybes laiku išspręsti."

TGS remiasi indukuojant ir vėliau stebint periodines sužadinimo ant medžiagų paviršių, naudojant lazerį.

"Pulsuojant mėginio paviršių su periodiniu lazerio intensyvumo modeliu, mes galime sukelti medžiagos sujudinimą fiksuotu bangos ilgiu", - sakė D.Dennetas. "Šie įkvėpimai skirtingose ​​sistemose pasireiškia įvairiais būdais, tačiau atsakymų, kuriuos mes pastebėjome grynosioms metalinėms medžiagoms, rūšys, pirmiausia yra stovinčios akustinės bangos". Šis metodas paprastai vadinamas trumpalaikiu groteliu.

Tam, kad pademonstruotume tai, Dennetas pasiūlė vaizdus paversti bambuko galvute, o šiuo atveju ant kieto paviršiaus, kuriame lazeris "spinduliuoja". "Būgno" atsakas priklauso nuo jo struktūros būklės ir gali atskleisti struktūros pokyčius.

"Šie sužadinimo svyravimai ir skilimas tiesiogiai susiję su medžiagos terminėmis ir elastinėmis savybėmis", - sakė Dennetas. "Mes galime stebėti šiuos sužadinimo būdus, panaudodami pačių medžiagų susijaudinimus kaip zondavimo lazerio difrakcijos grotelę. Konkrečiai, mes stebime zondavimo lazerio pirmosios eilės difrakciją, nes jo intensyvumas ir svyravimai tiesiogiai atspindi medžiagos sužadinimo amplitudę ir svyravimus. "

Mokslininkų bandymas aptikti signalą yra labai mažas, todėl jį reikia sustiprinti erdviniu būdu sutapus atskaitos lazerio pluoštui, kuriame nėra dominančio signalo, kuris yra procesas, vadinamas heterodino stiprinimu.

"Dauguma išsamių matavimų atliekami surenkant kelis matavimus skirtingose ​​heterodininėse fazėse (kelio ilgio skirtumo matas) tarp signalo ir etaloninio generato, siekiant pašalinti bet kokį sisteminį triukšmą", - sakė jis. "Taigi mes pridėjome papildomą zondavimo lazerio kelią tokioje pačioje kompaktiškoje optine konfigūracija, kuri leidžia mums vienu metu surinkti matavimus keliuose heterodiniuose faziuose".

Tai leidžia mokslininkams atlikti visiškus matavimus tokiu būdu, kuris ribojamas tik pagal sistemos dainą, aptikimo spartą ir pageidaujamą signalo ir triukšmo santykį pagal bendrą galutinį matavimą pagal Dennetą.

"Anksčiau tokio tipo išsamūs matavimai reikalauja, kad būtų atliekami matavimai skirtingose ​​heterodininėse fazėse", - sakė jis. "Naudodamiesi šiuo metodu, mes galime parodyti, kad laiku išspręsti elastingų savybių matavimai dinaminėms medžiagoms yra įmanomi trumpais laiko intervalais."

Grupės eksperimentinis metodas vadinamas dvejopo heterodino fazių surinkimo pereinamojo grotelių spektroskopija (DH-TGS). Tai reikšmingas poslinkis, nes jis gali būti naudojamas dinamiškai stebėti medžiagų sistemų evoliuciją.

"Mūsų technika jautriai reaguoja į elastines ir šilumines transporto savybes, kurios gali būti susijusios su mikrostruktūriniais pokyčiais stebimų medžiagų sistemose", - sakė Dennetas.

Tai taip pat yra nei naikinamoji, nei nesvarstoma, o tai reiškia, kad tol, kol nustatoma optinė prieiga prie pakankamo paviršiaus kokybės mėginio, ji gali būti naudojama realaus laiko savybių pokyčiams stebėti dėl bet kokio "išorinio įjungimo", pavyzdžiui, temperatūros, įtampos ar švitinimas.

Kadangi DH-TGS yra neardomojo pobūdžio diagnostikos medžiaga, Dennetas teigė, kad yra daug sistemų, kurias gali numatyti studijuoti, nes vyksta mikrostruktūros evoliucija. "Esame ypač suinteresuoti spinduliuotės pažeidimu, tačiau kitos programos gali būti medžiagos, skirtos žemos temperatūros fazių keitimo medžiagoms, tyrimas arba plieno lydinių oksido sluoksnio susidarymo realiuoju laiku stebėsena", - sakė jis.

"(W) bandome leisti realiuoju laiku nesunaikinti dinamines medžiagų sistemas", - sakė Dennetas. "Tačiau dar vienas mūsų tikslas - plačiau paskleisti šio metodo gebėjimus. Turime ypač daug dėmesio skirti mūsų tolesniam žingsniui, tačiau santykinė įgyvendinimo palengvinimo idėja turėtų būti įdomi daugeliui medžiagų mokslininkų."

Jų kitoje eksperimentinėje iteracijoje yra sukurta tikslinė kamera jonų pluošto greitintuvui, kad jie galėtų stebėti medžiagų išsiskyrimą realiu laiku.

"Darbas, kurį pristatėme" Applied Physics Letters ", buvo paskutinis galvosūkis tarp mūsų ir suprantamas pagrindinis projekto motyvavimas", - sakė Dennetas.

menu
menu