Природа, причины и виды скоплений радиационных дефектов в твердом теле при облучении

Национальный Исследовательский  Ядерный Университет «МИФИ»

 

 

 

 

 

Физико-технический факультет

 

Кафедра «Физики прочности»

 

 

 

 

 

Реферат по курсу 

«Физика конденсированных сред. Поведение материалов под воздействием внешней среды»

на тему:

«Природа, причины и виды скоплений радиационных дефектов в  твердом теле при облучении»

 

 

 

 

Выполнил: Петров О.М.

группа Ф9-08

Принял: Лошманов Л.П.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва, 2012

Высокоэнергетические частицы  облучения, попадая в вещество и  вступая в упругие и неупругие  взаимодействия с его ядрами, вызывают смещения атомов кристаллической решетки  со своих мест. При низких энергиях бомбардирующих частиц такие смещения приводят к образованию единичных  вакансий (пустой узел кристаллической  решетки) и единичных межузельных атомов. Такие пары, предсказанные Я.И. Френкелем, образуются, когда бомбардирующая частица сообщает атому в узле кристаллической решетки энергию выше некоторой пороговой. При энергиях, в несколько раз превышающих пороговую энергию смещения, процесс уже идет в виде каскада смещений. На месте прохождения такого каскада образуются как единичные вакансии (v) и межузельные атомы (i), так и их комплексы (кластеры: nv и ni). Далее в процессе установления термического равновесия между разогретой послекаскад-ной областью и остальным кристаллом эти дефекты претерпевают диффузионным путем различные структурные перестройки. Причем часть из них гибнет в процессе аннигиляции пар Френкеля, когда встречаются вакансия и межузельный атом. Другая часть меняет свои размеры и формы, свое месторасположение. Причем межузельные кластеры (ni) в процессе роста переходят в так называемые дислокационные петли межузельного типа, которые представляют собой фрагменты (зародыши) новых кристаллографических плоскостей. Вакансионные кластеры (nv) в процессе своего роста могут развиваться в двух направлениях в зависимости от температуры кристалла, типа кристаллической структуры и других факторов. В первом случае, как и межузельные кластеры, nv образуют дислокационные петли вакансионного типа, которые представляют собой как бы дырки в кристаллографических плоскостях (рис. 1). Второй путь эволюции вакансионных кластеров – это образование вакансионных пор, которые при малых размерах имеют огранку, соответствующую типу материнского кристалла, а при больших представляют собой округлые полости (рис. 2).

Помимо собственных дефектов за счет ядерных реакций бомбардирующих частиц с атомами кристалла образуются различного вида трансмутанты, которые в виде примесей распределяются в матрице материала. Это инертные газы гелий, криптон, ксенон и др. Но помимо газовых примесей в теле облучаемого материала образуются и другие инородные элементы. Такие примесные нарушения могут оставаться в узле кристаллической решетки (примесь замещения) или выходить в межузельное пространство (примесь внедрения).

Мигрируя по кристаллу в процессе диффузионного движения, примесные  нарушения (особенно высокоподвижные  инертные газы) активно взаимодействуют  с собственными дефектами, образуя  так называемые смешанные дефектные  кластеры. Примесные дефекты активно  осаждаются на границах зерен поликристаллов, дислокациях и других более крупных  дефектах, образуя скопления, которые  постепенно могут переходить в выделения  так называемой второй фазы.

Газовые примеси могут собираться в пузырьки, взаимодействуя с вакансионными порами.

 

В сложных многокомпонентных материалах отмечен еще один вид дефектообразования – замещение. Такой тип дефектов возникает за счет смены атомов местами  в процессе атом-атомных соударений в каскадах смещений, о которых речь шла выше. Появление большого количества замещений, например, в упорядоченном сверхпроводящем сплаве типа Nb₃Sn приводит к разупорядочению сплава, изменению его физических свойств, и в частности к потере сверхпроводящих свойств.

 

 

 

Литература:

1. Кирсанов В.В., Суворов А.Л., Трушин Ю.В. Процессы радиационного дефектообразования в металлах. М.: Энергоато-миздат, 1985. 272 с.

2. Орлов А.Н. Введение в теорию дефектов в кристаллах. М.: Высш. шк., 1983. 144 с