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Migração de hélio em reatores nucleares (SIMS)

Helium in nuclear reactor - SIMS depth profile
Nos reatores nucleares, a migração e o aprisionamento (trapping) de hélio podem causar inchaço, endurecimento, ruptura drástica por fluência, empolamento… para garantir a longevidade dos materiais nuceares estruturais, é de fundamental importância compreender melhor os mecanismos de difusão do hélio e descrever sua distribuição abaixo da superfície.

Em comparação a outras técnicas comumente utilizadas para a análise de materiais nucleares, como Análise de Reações Nucleares (Nuclear Reaction Analysis - NRA), retroespalhamento de prótons ou detecção de recuo elástico, a SIMS proporciona uma melhor sensibilidade, ampla faixa dinâmica e resolução de alta profundidade, além do fato de que o perfil de impureza poder ser obtido diretamente sem qualquer tratamento matemático.

Em um estudo recente, mediu-se a distribuição de hélio em amostras implantadas monocristalinas e policristalinas de Fe, e concentrações de ou acima de 5E18 at./cm3 (~60 ppm) podem ser detectadas, confirmando a capacidade superior de perfilometria em profundidade e o excelente limite de detecção fornecidos pelos instrumentos IMS 7f/7f-Auto.

A detecção de íons moleculares CsHe+ demonstra um método eficiente para superar o primeiro potencial de ionização do hélio que é muito alto. Concentrações em 60 ppm ou acima disso podem ser medidas.

Fonte: H. Lefaix-Jeuland et al, Nuclear Instru. and Methods in Physics Research B (2013).