Na początku grudnia przedstawiciele Centrum Doskonałości NOMATEN i Laboratorium Badań Materiałowych Narodowego Centrum Badań Jądrowych gościli w Departamencie Inżynierii Jądrowej Massachusets Institute of Technology (MIT) w Stanach Zjednoczonych. Badacze z NCBJ wygłosili serię wykładów na temat stopów o wysokiej entropii przeznaczonych do zastosowania w reaktorach IV generacji. Wizyta była okazją na zacieśnienie współpracy między obiema instytucjami.

W trakcie wykładów specjaliści z NCBJ przedstawili najnowsze dane na temat niezwykłych właściwości stopów o wysokiej entropii (HEA – high-entropy alloys), materiałów, które powstają poprzez połączenie pięciu lub więcej pierwiastków. Prowadzone w Instytucie  prace mają na celu optymalizację ich składu chemicznego co pozwala wpływać lub wręcz projektować ich określone właściwości funkcjonalne. Powstałe w ten sposób stopy mogą charakteryzować się wysoką odpornością na korozje i promieniowanie. Takie ekstremalne warunki będą panowały w rektorach jądrowych IV generacji, gdzie będą one wykorzystywane. Materiały, których właściwości omawiali przestawicie NCBJ, mogą być także wykorzystane w reaktorach chłodzonych stopionymi solami (MSR – molten salt reactor), czy ołowiem (LFR – lead-cooled fast reactor).

Naukowcy z Centrum Doskonałości NOMATEN i Laboratorium Badań Materiałowych poruszali m. in. zagadnienia właściwości mechanicznych i wysokiej stabilności strukturalnej badanych materiałów pod wpływem działania wysokiej temperatury i defektów radiacyjnych. Część prezentacji skupiła się na szczególnym rodzaju stopów HEA bez dodatku kobaltu – badacze wyjaśnili zachodzące w nich mechanizmy odkształcania i segregacji oraz ich wysoką odporność na korozję. Przedstawiono również  możliwości wytwarzania i optymalizacji kosztów produkcji nowych materiałów. Seria wykładów pokazała, że optymalizacja składu chemicznego i mikrostruktury projektowanych stopów umożliwia stworzenie nowych materiałów o unikatowych właściwościach funkcjonalnych. Istotna jest zwłaszcza podwyższona odporność na promieniowanie, która sprawia, że stopy o wysokiej entropii stały się obiecującym kandydatem do wykorzystania przy budowie nowej generacji reaktorów jądrowych.

W trakcie wizyty przedstawiciele NCBJ, mieli okazję zwiedzić laboratoria  MIT, a w szczególności unikatowego w skali świata wysokoenergetycznego akceleratora jonów sprzężonego z układem TGS (transient grating spectroscopy). Urządzenie to pozwala na badanie wpływu defektowania radiacyjnego in-situ jednocześnie na właściwości mechaniczne i termiczne materiałów. Wizyta studyjna zespołu NCBJ pozwolił na dalsze zacieśnienie współpracy między instytucjami. Ukazała się już pierwsza wspólna praca naukowa w prestiżowym czasopiśmie Materials Science and Engineering Part A 945 (2025) 149058, a w przygotowaniu są kolejne. Dodatkowo, w przyszłym roku odbędzie się wizyta badaczy z MIT w NCBJ, której efektem będą nowe wspólne prace badawcze. Planowane jest także pozyskiwanie nowych projektów naukowych, co umożliwi skuteczne wykorzystanie potencjału badawczego obu ośrodków zajmujących się rozwojem energetyki jądrowej.

Wykłady wygłosili:

dr hab. inż. Łukasz Kurpaska - Superior radiation damage resistance of ODS-NiFeCoCr high entropy alloys at high temperature

dr inż. Tomasz Stasiak - Microstructure, mechanical properties, and irradiation resistance of FeCrAl ODS alloys for parts of GenIV nuclear reactors exposed to high temperature

mgr inż. Agata Zaborowska - Thermal stability and ion irradiation response of a Co-free FCC FeCrMnNiAl high entropy alloy oraz Effects of radiation and temperature on the performance of PLD-grown alumina coatings dedicated for LFR 

mgr inż. Katarzyna Ciporska - Corrosion resistance of CO-free FeCrMnNiAl high entropy alloy

mgr inż. Artur Olejarz - The Effect of Strengthening Precipitates on Microstructure, Mechanical and Functional Properties of CoCrFeNi Multiprincipal Element Alloys

Wizytę zrealizowano w ramach projektu finansowanego przez MIT-Poland Lockheed Martin Seed Fund „Radiation Damage Resistance Prediction via Potential Energy Landscapes”.