奥地利研发耐辐射铝基合金，突破范艾伦辐射带防护瓶颈

奥地利矿业大学（Montanuniversität Leoben）有色金属冶金系研究团队成功研发出一种新型超细晶粒“铝交叉”合金（Aluminium-Crossover-Legierung）。该材料能够承受远超以往铝基材料演示水平的辐射剂量，相关研究成果已发表在《先进材料》（Advanced Materials）期刊上，并被选为封面文章。

突破范艾伦辐射带防护瓶颈

范艾伦辐射带是地球周围由高能带电粒子组成的环状区域，受地磁场约束。在辐射带内部，地磁场能有效屏蔽大部分带电粒子；然而，一旦航天器离开这一天然保护屏障——例如前往月球或火星的旅途中——太阳高能粒子、突发性太阳风暴以及持续不断的宇宙射线将直接冲击 spacecraft 结构。

对于金属材料而言，这种高能粒子轰击会导致原子晶格中不断产生缺陷，从而削弱传统的强化机制。传统铝合金在辐射剂量达到约0.2 dpa（discements per atom，即每个原子平均被撞击出晶格位置的次数）时，其机械性能就会显著下降。0.2 dpa意味着大约每五个原子中就有一个受到辐射影响。

T相粒子赋予极端稳定性

该团队于2022年推出的“铝交叉”合金系列，将两种Zui重要的工业铝合金家族融合于单一材料中。通过两项关键设计决策，实现了非凡的抗辐射性能，直到辐射剂量超过75 dpa时才会出现性能问题。

助理教授马特乌斯·A·图内斯（Matheus A. Tunes）指出：“一旦航天器离开地球范艾伦辐射带，自然辐射防护便不复存在，传统铝合金在长期任务中可能面临困境。我们证明，通过合适的合金成分、微观结构和热力学设计，铝依然是深空极端环境下的候选材料：兼具轻质、高强度和抗辐射特性。其中，T相（T-Phase）和铝交叉合金是核心所在。”

大学教授斯特凡·波加切尔（Stefan Pogatscher）补充道：“我们自2022年在莱奥本建立铝交叉合金体系以来，已展示其潜力。这项研究证实，定义整个合金家族的T相——即强化颗粒——在极端条件下具有非凡的稳定性。这正是地球天然辐射屏障外长期任务结构材料所必需的特性。”

该合金在英国原子能管理局（UKAEA）的重离子辐照装置上进行了测试，研究人员能够利用透射电子显微镜实时观察辐射损伤过程。位于莱奥本的埃里希·施密德材料科学研究所（Erich Schmid Institut, ESI）进行的补充微拉伸试验证实，该合金在至少20 dpa的剂量下仍保持强度，并在Zui高剂量下甚至表现出延展性的增加。延展性是指材料在断裂或开裂前发生塑性变形的能力。

下一步，团队将把合金从实验室样品扩展到技术相关的组件，并深入研究T相非凡稳定性的原子级机制。长期目标是将该材料优化用于范艾伦辐射带外长期任务的航天器结构、面板和屏蔽元件。

该研究由奥地利矿业大学有色金属冶金系主导，实验在英国原子能管理局及位于莱奥本的奥地利科学院埃里希·施密德材料科学研究所完成。这一突破为未来深空探测任务中的轻量化结构设计提供了新的材料选择。