Wenn eine Stahlplatte im Sonnensystem für immer im Weltraum schwebt, wie wird sie sich zersetzen? Natürlich wird es ohne Sauerstoff nicht oxidieren (rosten), aber wie werden kosmische Strahlung, UV-Licht, Alphateilchen und die allgemeine Weltraumumgebung die Struktur von Stahl langfristig beeinflussen?
EDIT: Stellen wir uns ein Flugzeug aus Stahl im Orbit um die Erde vor.
Nur neugierig.
Wie bereits erwähnt, wird Mikrometeoritenfraß über ausreichend lange Zeitskalen auftreten.
Stahl besteht aus mikrokristallinen Körnern, und daher ist es wahrscheinlich, dass kosmische Strahlung die Bildung von kristallographischen Defekten verursacht, was langfristig zu einer Versprödung zumindest der Peripherie des Stahls führt. Eine unelastische Kollision zwischen dem Stahl und im Weltraum schwebenden Ionen oder Molekülen kann zu einer interessanten Chemie auf der Oberfläche des Stahls führen, dies hängt jedoch absolut von der jeweiligen Spezies ab, mit der der Stahl kollidiert. Beachten Sie auch, dass der Raum sehr leer ist und daher Kollisionen mit einer sehr geringen Häufigkeit auftreten.
Ultraviolettes Licht verursacht photoelektronische Emission . Als solches entwickelt der Stahl eine positive Ladung, bis die Austrittsarbeit der Elektronen die Energie des auftreffenden Lichts übersteigt. Dies sollte das Metall nicht zersetzen, jedoch können sehr hochenergetische Photonen (wie Gammastrahlen) kristallographische Defekte verursachen, wie in diesem Bericht von NP Baumann diskutiert.
Ich würde wahrscheinlich denken, dass es sehr davon abhängen würde, wo es ist und welche Art von Zeitrahmen Sie betrachten.
An einem Ort, an dem es für die von Ihnen beschriebenen Strahlungsformen "anfälliger" wäre (in der Nähe eines Sterns), gibt es wahrscheinlich wichtigere Umweltfaktoren. Es wird nicht nur durch die Schwerkraft von einem Stern oder Planeten angezogen, sondern auch durch Mikro-Meteor-Einschläge langsam erodiert.
Natürlich müssen Sie sich im längsten der langen Zeitbereiche um Protonenzerfall oder kompliziertere Effekte wie diesen kümmern.
Insbesondere mit der Chemie von Stahl habe ich keine Ahnung.
Ich werde dieses Problem aus einer sehr "klassischen physikalischen" und ingenieurwissenschaftlichen Perspektive angehen. Physiker können einen Ausfallmechanismus für den Stahl anbieten, da sich das Universum selbst erheblich weiterentwickelt, aber soweit es mich betrifft, wird es sich niemals verschlechtern , obwohl "verschlechtern" ein sehr subjektiver Begriff ist.
Was Sie in der Probe beobachten, ist eine langfristige Strahlenversprödung sowie Schwellungen und einige andere Effekte. Die Einzelheiten hängen von der Umgebung ab, die sich von einem Punkt im Raum zum anderen stark unterscheidet. Reden wir vom interstellaren Raum? Intergalaktischer Raum? Wo auch immer es ist, es wird einige Strahlenschäden erleiden, und bis auf eine kleine Anzahl von Ausnahmen sprechen wir von einer Lebensdauer, die Folgendes mit sich bringt:
Das erste, was zu verstehen ist, ist, dass kritische Metriken für Strahlenschäden aus dem Zeitrahmen mal der Strahlungsenergie-Depositionsrate stammen. Von dort aus ist die Verschiebung pro Atom (dpa) eine gängige Metrik, die angibt, wie oft jedes Atom im Material im Durchschnitt von seinem Gitterplatz verschoben wird. Werte größer als 1 sind für Diskussionen zu diesem Thema üblich, aber ab etwa dieser Größenordnung werden Effekte wie Versprödung und Quellung sehr groß. Der Stahl quillt förmlich auf und wird sehr spröde. Wenn es sich um ein tragendes Element handelt, muss die Integrität der Struktur, von der es ein Teil ist, für eine lange Lebensdauer sorgfältig berücksichtigt werden. Jedoch, Effekte wie Stress Corrosion Cracking (SCC) werden kein großes Problem sein, wie sie es in Dingen wie Kernreaktoren sind, weil dies einen Kippangriff von 1) Hochtemperatur 2) Chemie und 3) Strahlung mit sich bringt. Für den Stahl im Weltraum haben wir die Strahlung, niedrige Temperatur und keinen chemischen Angriff aus der Umgebung. Über lange Zeit ist auch die Selbstausheilung groß, aber das hat eine Wechselwirkung mit der Temperatur, und niedrige Temperaturen können diesen Effekt verlangsamen.
Im Allgemeinen behält der Stahl jedoch seine Struktur. Sie müssen jemanden fragen, der mit Raumfahrt vertraut ist, um quantitativ über die Strahlungsumgebung zu sprechen, aber da Menschen in LEO überleben, wird die Strahlung in dieser Art von Umgebung wahrscheinlich die Materialstruktur des Stahls für eine extrem lange Zeit nicht verändern An diesem Punkt ist es relativ genau zu sagen, dass es nicht abgebaut wird.
Georg