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铝合金辐射耐受性研究或将有益于载人航天任务

航天航空 离子加速器 辐射暴露 辐射剂量 辐射耐受性
发布:2020-12-08 15:13:31     来源:哈德斯菲尔德大学

MIAMI-2-用于材料研究的显微镜和离子加速器-设施已经帮助Matheus Tunes博士研究了一种新的合金,该合金可以硬化铝而不会显着增加其重量。

从地球发射的航天器必须轻巧,但仍然具有适量的燃料才能看到它们到达轨道。如果太重,所需的燃料量将太高。燃料车一旦到达地球的保护磁场之外,便可能会暴露于潜在的破坏性太阳辐射中,这对于诸如火星之类的任何长时间任务而言都变得更为重要。

用铝制造航天器是一种解决方案,因为铝是一种轻而坚固的材料。合金有助于通过沉淀强化使铝变硬,但是太空中遇到的辐射可以溶解硬化的沉淀,对宇航员可能造成灾难性的致命后果。

但是在MIAMI-2上与奥地利的Montanuniversitaet Leoben(MUL)合作进行的研究发现,由Stefan Pogatscher教授(MUL)领导的一组冶金学家开发的一种新型铝合金的特定硬化沉淀确实可以与现有的常规铝合金辐射数据相比,在受到粒子辐射轰击时不会溶解。

结果是一种具有抗辐射硬化相的合金(称为T相)具有复杂的Mg32(Zn,Al)49晶体结构。这项研究导致了一篇发表在“高级科学”杂志上的论文。

“本文的想法是使用MIAMI设备测试这些新合金,因为我们可以使合金经受高能粒子辐射,并同时用透射电子显微镜监控这种辐射对合金微观结构的影响,”马修斯说。

“随着辐射的增加,我们监测了T相的晶体学信号,并观察到与其他常规铝合金相比,我们开发的合金具有辐射耐受性-这意味着硬化相在高辐射剂量下不会溶解。

“它揭示了一个非常令人兴奋的新研究领域,我们称之为“用于恒星辐射环境的原型空间材料”。核反应堆也是一种极端环境,具有太阳周期的太阳也是如此,但是太阳的动态不稳定性例如太阳耀斑和日冕物质抛射比地球上的任何事物都极端。太阳是非常有效的核聚变反应堆和高能粒子加速器。”

MIAMI基金会高级研究员Graeme Greaves博士补充说:“当Matt最初以研究生身份从巴西来到我们时,他一直在寻找新项目并创建了许多新的合作伙伴,对此我感到非常高兴。他将开始在奥地利的下一个职业生涯,并将业务拓展到新的领域,他将继续与我们在MIAMI工厂的合作,而这个铝合金项目只是一个例子。”

由于目前正在计划对月球和火星进行载人飞行任务,因此显而易见的是,足够轻的航天器可以发射并承受辐射以保护其机组人员的优势。在Matheus的下一个议程中,Graeme及其同事将探究这种合金为何表现出其行为方式以及可能带来的进一步好处。

Matheus补充说:“我为在哈德斯菲尔德完成博士学位而感到特别自豪,我现在已经搬到奥地利,但仍继续与Graeme合作。” “我们进行了积极的合作,对于哈德斯菲尔德-莱奥本太空材料联合研究项目而言,2021年将是繁忙的一年。”

“我们发现T相具有耐辐射性,但我们还没有找到原因。我们有一个想法,涉及该相的化学复杂性,我们认为这可能会导致一些非常有趣的研究。我们希望我们能够为人类进一步探索太空做出了重要贡献。”

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