一种专为承受聚变能反应堆内部极端条件设计的新型先进钢材，因测试显示其在高辐射水平下会膨胀，需进一步开发。这一发现源于密歇根大学（UM）工程师领导的一系列研究。

密歇根大学核工程与放射科学教授、该研究资深作者凯文·菲尔德称：“这些结果代表了核聚变相关钢在抗辐射方面的最高保真度，将在未来几年指导合金的开发和辐射效应模型的改进。”

聚变能是将轻原子结合产生能量的能源，被视为比裂变更清洁、可持续的替代能源。但建造聚变反应堆工程挑战巨大，组件须承受高达600°C（1112°F）的温度，还要抵抗辐射损伤和氦气产生，否则会导致材料膨胀变形。

为解决此问题，研究人员一直在开发含数十亿纳米级碳化钛（TiC）沉淀物的低活化铁素体/马氏体（RAFM）钢，这些粒子旨在捕获聚变反应产生的氦，防止材料膨胀。密歇根大学团队专门测试了新一代RAFM合金——可铸造纳米结构合金#9（CNA9）。

该研究小组采用突破性方法，利用粒子加速器同时用两束离子束轰击钢样品，一束造成辐射损伤，另一束引入氦气，此方法比以往单独测试这些因素的实验更准确模拟了聚变反应堆内部条件。

测试表明，碳化钛沉淀物在较低辐射水平下能成功捕获氦，但在高损伤水平（每个原子50到100个位移，或dpa）下开始溶解。颗粒溶解后，合金失去捕获氦的能力，导致显著2%的膨胀。凯文·菲尔德表示：“高辐射剂量（>15 dpa）的结果令人惊讶，我们原预计在评估的最高温度下碳化钛沉淀物会保持稳定，但事实并非如此。”

研究人员称，这一发现是有关熔合相关钢的“最高保真度结果”之一，为未来合金开发提供了重要指导。研究团队建议，将碳化钛沉淀物的密度提高1000倍，可更有效防止膨胀，还建议进行进一步的离子束测试，以更好模拟聚变反应堆的复杂环境。

该研究主要作者TM Kelsy Green强调：“这种能力对于推动发现和优化材料以实现未来核聚变能的部署至关重要。”

虽然聚变能潜力巨大，可利用海水中的氢同位素且无核熔毁风险，但该技术目前还不适用于小型发电厂。撰稿人杨英总结道：“高辐射剂量下TiC沉淀物的溶解为未来发展工作提供了宝贵指导，强调了在CNA钢设计中需要更稳定的TiC沉淀物。”