De MIAMI-2-faciliteit voor microscopen en ionenversnellers voor materiaalonderzoek heeft Dr. Matheus Tunes geholpen bij het onderzoeken van een nieuwe legering die aluminium zal uitharden zonder het gewicht aanzienlijk te verhogen.

Ruimtevaartuigen die vanaf de aarde worden gelanceerd, moeten licht zijn, maar hebben nog steeds de juiste hoeveelheid brandstof om ze in een baan om de aarde te zien komen. Als het te zwaar is, de benodigde hoeveelheid brandstof zou onbetaalbaar zijn. Eenmaal buiten het beschermende magnetische veld van de aarde, een voertuig kan dan worden blootgesteld aan potentieel destructieve hoeveelheden zonnestraling, wat belangrijker wordt voor elke langdurige missie zoals naar Mars.

Ruimtevaartuigen maken van aluminium is een oplossing, aangezien aluminium een ​​licht maar sterk materiaal is. Legeringen helpen aluminium harder te worden door middel van neerslagversterking, maar de straling die in de ruimte wordt aangetroffen, kan de verhardende precipitaten oplossen met mogelijk rampzalige en fatale gevolgen voor astronauten.

Maar het onderzoek dat is uitgevoerd bij MIAMI-2 in samenwerking met Montanuniversitaet Leoben (MUL) in Oostenrijk heeft ontdekt dat een bepaald verhardend neerslag van een nieuwe aluminiumlegering - ontwikkeld door een groep metallurgen onder leiding van professor Stefan Pogatscher (MUL) - niet oplost wanneer gebombardeerd met deeltjesstraling in vergelijking met bestaande gegevens over bestraling van conventionele aluminiumlegeringen.

Het resultaat is een legering met een stralingsbestendige uithardingsfase die een T-fase wordt genoemd, met een complexe kristalstructuur van Mg32(Zn, Al)49. Het onderzoek leidde tot een paper dat is gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Advanced Science, samen met een opvallende omslag.

"Het idee van het papier was het testen van deze nieuwe legeringen met behulp van de MIAMI-faciliteiten, omdat we de legering kunnen onderwerpen aan energetische deeltjesstraling en, tegelijkertijd, monitor het effect van deze straling op de legeringsmicrostructuur met een transmissie-elektronenmicroscoop", zegt Matheus.

"We volgden het kristallografische signaal van de T-fase naarmate de straling toenam en zagen dat in vergelijking met andere conventionele aluminiumlegeringen, de legering die we ontwikkelden was stralingstolerant, wat betekent dat de uithardingsfase niet oplost bij hoge stralingsdoses.

"Het werpt licht op een zeer opwindend nieuw onderzoeksgebied dat we 'prototypische ruimtematerialen voor omgevingen met stellaire straling' noemen. Een kernreactor is ook een extreme omgeving, net als de zon met zonnecycli, maar dynamische instabiliteiten op de zon zoals zonnevlammen en coronale massa-ejecties zijn extremer dan wat dan ook op aarde. De zon is een zeer efficiënte kernfusiereactor en een hoogenergetische deeltjesversneller."

Dr. Graeme Greaves, Senior Research Fellow bij de MIAMI Facility, voegt toe, "Toen Matt voor het eerst vanuit Brazilië naar ons toe kwam als postdoctorale student, was hij altijd op zoek naar nieuwe projecten en creëerde hij een aantal nieuwe samenwerkingen, en ik ben erg blij dat, aangezien hij het volgende deel van zijn carrière in Oostenrijk begint en zich uitbreidt naar nieuwe gebieden, hij blijft met ons samenwerken hier in de MIAMI-faciliteit, met dit aluminiumlegeringsproject als slechts één voorbeeld."

Met bemande missies naar de maan en Mars die momenteel worden gepland, de voordelen van ruimtevaartuigen die licht genoeg zijn om te lanceren en bestand zijn tegen straling om hun bemanningen te beschermen, zijn duidelijk. Volgende op de agenda voor Matheus, Graeme en collega's is om uit te zoeken waarom de legering zich gedraagt ​​zoals hij doet en welke voordelen er nog meer kunnen zijn.

"Ik ben bijzonder trots dat ik mijn doctoraat heb behaald in Huddersfield, Ik ben nu naar Oostenrijk verhuisd, maar blijf nog steeds met Graeme werken, "Matheus voegt eraan toe. "We hebben een actieve samenwerking en 2021 wordt een druk jaar voor het gezamenlijke onderzoeksproject Huddersfield-Leoben ruimtematerialen".

"We ontdekten dat de T-fase stralingstolerant is, maar we hebben niet ontdekt waarom dat zo is. We hebben een idee waarbij de chemische complexiteit van de fase betrokken is, waarvan we denken dat het tot zeer interessant onderzoek zou kunnen leiden. We hopen dat we een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan de verdere menselijke verkenning van de ruimte."