碳纳米管可使核能操作更安全

材料牛注：金属如果在核反应堆中接触到过量的核辐射就会变得多孔且脆，最终导致开裂和失效。麻省理工学院的研究人员发现，在铝中加入少量碳纳米管（CNT）可大大减少此类故障。

辐射反应中产生的氦存在于金属内部，同时在材料晶界处形成微小气泡，使材料变得千疮百孔，脆性很大。如果在金属中添加少量的碳纳米管，虽然其体积还不足金属体积的百分之二，但是可以形成一个一维的传输网络，为氦的渗出提供了通路，使氦不再陷于金属内部。

在实验室暴露于辐射后，金属内的碳纳米管发生化学变化成为碳化物。但是它们仍然保持其修长的形状，就像被困在琥珀中的昆虫一样, 这是相当惊人的。

一维纳米结构中大的界面面积使金属内部辐射诱导产生的点缺陷重组，并防止金属的过早脆化。研究人员证明，这些一维结构在70 DPA（每个原子的位移）辐射损伤的情况下仍可保持原有形态。辐射照射后，对照样品中有孔出现，但新的材料中无孔出现。此外，力学数据表明，新材料的脆性更小。纳米管的加入使铝的脆性降低到原来的10%到20%，强度提高了50％，拉伸延展性也有所增大。

铝的测试是在实验室的低温反应堆中进行的。在高温反应堆中对锆进行的试验为其商业用途打开了通道。从铝的试验中得到的结果可用于宇宙飞船中的核电池以及生产核废料的储存容器。这对核材料科学的发展具有重要意义。

Dudarev补充说，改性铝在长期辐射下仍非常稳定，这表明该材料能够进行自我恢复，并在室温下经过强辐射后仍能部分保留其原有特性。该新材料还有另一优点，生产成本相对较低。

此类发展对于核能取代化石燃料大有帮助。

原文参考地址：Can Carbon Nanotubes Make Nuclear Energy Safer?

感谢材料人编辑部曾庆辉提供素材