Gamma- und Röntgenstrahlenschutz der Ta-Ti-V-W Hochentropie-Legierung: Eine kombinierte experimentelle und theoretische Studie

Hochentropie-Legierungen (HEAs) sind eine vielversprechende Materialklasse für Anwendungen, die sowohl strukturelle Robustheit als auch Strahlenresistenz erfordern. In dieser Arbeit untersuchen wir die Abschirmungseigenschaften gegenüber Gamma- und Röntgenstrahlung der Ta-Ti-V-W Hochentropie-Legierung, wobei wir theoretische Vorhersagen mit experimenteller Validierung kombinieren. Die mit dem XCOM-Modell berechneten Massendämpfungskoeffizienten zeigen, dass die Ta-Ti-V-W-Legierung eine Photonenabschirmungseffizienz aufweist, die mit der von Blei vergleichbar ist, insbesondere im Energiebereich von 0,6–7 MeV, der für medizinische, industrielle und nukleare Anwendungen relevant ist. Experimentelle Messungen mit Cs-137- und I-131-Quellen bestätigen, dass die Dämpfungsleistung der Legierung den theoretischen Vorhersagen eng folgt, wobei für Cs-137 eine nahezu bleibedingte Äquivalenz beobachtet wurde. Die mikrostrukturelle Charakterisierung zeigte eine dendritische Mikrostruktur mit mäßiger elementarer Segregation, und es wurden keine Phasenänderungen nach Gamma-Bestrahlung festgestellt. Erstprinzipien-Berechnungen auf Basis der Dichtefunktionaltheorie (DFT) weisen auf eine komplexe elektronische Struktur mit einem bemerkenswerten kovalenten Beitrag aufgrund der Hybridisierung der d-Orbitale der Übergangsmetalle hin, die potenziell photon-elektronische Wechselwirkungen in der Legierung verstärken kann. Die Kombination aus hervorragender Strahlenschutzwirkung, Phasenstabilität und überlegenen mechanischen Eigenschaften positioniert Ta-Ti-V-W als starken blei-freien Kandidaten für multifunktionale Anwendungen in Raumfahrt, Kerntechnik und radiologischer Technologie.