Stale austenityczne eksploatowane w warunkach intensywnego promieniowania, np. w reaktorach jądrowych, ulegają znaczącym zmianom mikrostrukturalnym, prowadzącym do umocnienia radiacyjnego i degradacji ich właściwości mechanicznych. W opublikowanej pracy: "Atomistic Analysis of the Mechanisms Underlying Irradiation-Hardening in Fe-Ni-Cr Alloys" – A. Ustrzycka, F. J. Dominguez-Gutierrez, W. Chromiński, International Journal of Plasticity, 2024, przy użyciu symulacji atomistycznych oraz eksperymentalnej analizy mikroskopowej, zbadano mechanizmy powstawania i ewolucji defektów radiacyjnych w stopach Fe-Ni-Cr. 

W pierwszej kolejności przeprowadzono symulacje nakładających się kaskad zderzeniowych (overlapping cascade), które odwzorowują efekty bombardowania materiału neutronami, umożliwiając analizę powstawania i ewolucji defektów radiacyjnych. Następnie zweryfikowano rodzaj i gęstość powstałych defektów metodami eksperymentalnymi. Próbki stopu FeNiCr poddano napromieniowaniu jonami Ni o wysokiej energii, wykorzystując akcelerator tandemowy. Powstałe w ten sposób defekty radiacyjne przeanalizowano za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM), co pozwoliło na ich identyfikację oraz ilościową charakterystykę. Analiza symulacji przeprowadzonych metodą Dynamiki Molekularnej wykazała, że defekty radiacyjne, zarówno pętle dyslokacyjne, jak i nanometryczne pustki, przyczyniają się do wzrostu umocnienia materiału, przy czym pustki stanowią znacznie silniejsze bariery dla ruchu dyslokacji. Zaobserwowano kluczowe mechanizmy, takie jak ścinanie pustek przez dyslokacje, ich zapadanie się do pętli dyslokacyjnych, a następnie zanikanie w wyniku interakcji z dyslokacjami. Procesy te prowadzą do złożonego sprzężenia między gęstością pustek i pętli dyslokacyjnych. W oparciu o te wyniki opracowano nowy model umocnienia radiacyjnego, uwzględniający efekty oddziaływań dyslokacji powstałych w wyniku deformacji plastycznej z defektami promieniowania.

Artykuł powstał we współpracy z IPPT i NCBJ.