El grupo de investigación liderado por el Laboratorio Nuclear de Canadá está explorando el potencial de una aleación de alta entropía (HEA), que muestra una tolerancia superior al acero inoxidable en entornos de irradiación en cascada a alta temperatura. Los resultados relacionados se publicaron en la Revista de Materiales Nucleares, señalando que la aleación de alta entropía hecha de cromo, hierro, manganeso y níquel (CrFeMnNi) tiene el potencial de mejorar la seguridad y funcionalidad de reactores nucleares y naves espaciales.

La investigación fue llevada a cabo por un equipo liderado por el ingeniero de materiales del Laboratorio Nacional de Canadá (CNL), Qiang Wang. Los investigadores irradiaron la aleación CrFeMnNi con protones de alta energía de 2 MeV, cubriendo tres escenarios: 2,8 dpa a 400°C, 2,8 dpa a 600°C y 16,8 dpa a 400°C. Posteriormente, el equipo utilizó microscopía electrónica de transmisión de barrido combinada con espectroscopía de rayos X de dispersión de energía y espectroscopía de pérdida de energía electrónica para caracterizar los cambios microestructurales causados por la irradiación; el análisis microestructural se basó en los rayos X de sincrotrón del Canadian Light Source de la Universidad de Saskatchewan.

Los resultados de la investigación muestran que el rendimiento de la HEA en condiciones extremas presenta características multifacéticas. Cuando la aleación irradiada se expone a temperaturas más bajas, es más propensa a aparecer defectos plaquetales pequeños conocidos como bucles de Frank en su microestructura, mientras que a temperaturas más altas, el área de los bucles de Frank aumenta. Además, los componentes metálicos de la aleación muestran fenómenos de segregación durante la irradiación, especialmente más obvios en entornos de alta temperatura, con pérdidas significativas de manganeso en algunas áreas y enriquecimiento de níquel e hierro en otras.

Aunque la microestructura de la aleación CrFeMnNi después de la irradiación contiene defectos, la cantidad de estos defectos es menor que en el acero inoxidable expuesto a condiciones similares. Por lo tanto, el rendimiento de esta nueva aleación como componente de reactor nuclear podría ser superior al del acero inoxidable utilizado actualmente. Sin embargo, los investigadores enfatizan que se necesita más investigación para evaluar completamente su potencial.

El profesor Qiang Wang comentó sobre los resultados de la investigación: "Realmente hemos descubierto algunas ventajas de la aleación CrFeMnNi y también observamos algunos fenómenos inesperados. Por lo tanto, claramente se necesita una investigación más profunda sobre este material para comprender plenamente sus perspectivas de aplicación". Señaló que las aleaciones de alta entropía aún no han obtenido aprobación normativa en la industria nuclear, y sus usos específicos no están claros; "Estamos probando este material para verificar si cumple con los requisitos relevantes".