迈克尔是麻省理工大学材料科学工程系的副教授，同时也是美国洛杉矶白杨国家实验室的一员。该实验室刚刚收到一笔来自美国联邦政府“能源尖端研究中心”的津贴，用于发展纳米级的合成材料。据称，纳米级的合成材料可以耐高温、辐射以及承受极端的机械负荷。实验室发展新技术的最终目的是将其应用于能源领域，制造核电厂、燃料电池、太阳能电板、碳吸存设备等所需的材料。

 

　　迈克尔解释说，能源生产的所有领域都十分需要能耐极端环境的材料，因此该技术前途无量。.迈克尔与他的团队已经找到了新方法，用于设计、生产拥有优良特性纳米级合成材料。他说，目前人们也有其他的方法设计并制造出相应的纳米级材料，并同时预测制出的纳米级材料所拥有的特性。但这些方法需要反复实验，从实验中慢慢改进，因此成本大、耗时长，不是生产新材料的最佳办法。而迈克尔他们提供的新方法不仅能够极大地加快材料设计、生产的过程，同时也可以很好地解决材料科学家提出的“逆问题”。“逆问题”是指在纳米材料生产出来之前，详细描述科学家们所设想的纳米级材料应该拥有的一系列属性以及预测哪种相应结构可能拥有这些属性。

 

　　辐射破坏材料结构

 

　　迈克尔及其工作小组的第一个目标就是生产出具有抗辐射属性的材料。之所以将材料的抗辐射性看得如此重要是因为这一属性能让核电厂变得更加安全，同时提高核电厂的发电效率。

 

　　一般情况下，当材料被暴露于辐射线中时，高能量粒子，如中子就会被加速并与单独的原子相撞，将它们撞出原来的晶体结构。原子离开固有的晶结构之后的运行轨迹与撞球相似：被移位的原子又与附近晶体结构中的原子相撞，使后者同样离开原来的位置，依此类推。这样一来，射线造成的破坏就由单个晶体结构扩散到整个材料，使材料中形成很多“空缺”（晶体结构中原子缺失）与“间隙”（多余的原子挤进本来不属于自己的位置），最终将材料完全损坏。

 

　　纳米级合成材料的抗辐射属性

 

　　制造抗辐射的纳米级合成材料的关键在于不同材料层之间的界面。材料层变得越，界面对材料属性的影响就越大。而正是这些界面使合成材料拥有合成要素所不拥有的全新特性。下面就是纳米级合成材料的自动修复特性：

 

　　在纳米级的合成材料中，上述“空缺”与“间隙”能在界面被同时捕获，并极可能相遇。如果二者相遇，“间隙”中多余的原子就能重新填入“空缺”中，从而使被破坏的晶格结构得到恢复。据迈克尔称，修复完成之后，合成材料就能完全恢复以前的属性，看起来像没有受到辐射一样。

 

　　抗辐射材料在核反应堆中展身手

 

　　目前被广泛应用于核反应堆的是不锈钢。若用新材料取代不锈钢，不但可以延长核反应堆的使用寿命，同时也能使反应堆能在高辐射环境中工作。研究人员解释说，由于现有核反应堆抗辐射能力差，大量核燃料都不能得到充分燃料，因此现有反应堆中核燃料的燃烧率仅为1%（核燃料燃烧越充分，所产生的核辐射越强）。据科学家预计，使用新材料的反应堆能大大提高核燃料的燃烧率，在提高核燃料利用率的同时也减少了核电厂内所产生的核废料量。

 

　　迈克尔与其工作团队已经利用不同原子组之间的机械互动制造出能够抗辐射的纳米级材料。2008年，迈克尔曾在国际物理学最具影响的学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上描述过该物质。它是由金属铜与铌合成而来。不过该合成材料并不能被应用于核电厂内，因为它吸收中子之后会衰变成放射性材料。尽管如此，既然已经知道铜铌合成材料能抵抗辐射，迈克尔相信他们很快便能利用自己的方法找到其他的具有相同属性、并且性能更加优越的新材料。不过迈克尔同时指出，由于核电厂的敏感性及破坏性，即使他们找到了合适的金属材料，也不能马上被用于核反应堆中。前期的测试就有可能持续十年左右。