Что такое радиационное распухание?

Радиационное распуханиерадиоактивность

Радиационное облучение заключается в том, что частицы, которые являются продуктами ядерной реакции (например нейтроны или ионы), вылетают с большой скоростью. Они летят до тех пор, пока на их пути не встретится какое-либо препятствие. Попадание таких частиц в твердое вещество (обычно применяют слово бомбардировка) приводит к его постепенному разрушению.

ядерная реакция

Например, если ядерная реакция происходит в каком-либо сосуде, то частицы будут постепенно разрушать стенки этого сосуда.

Сейчас разберемся почему.

Быстрый нейтрон (или другая частица, являющаяся продуктом ядерной реакции) при соударении передает свою кинетическую энергию атомам кристаллической решетки металла, из которого сделаны стенки реактора (наш сосуд). 

Надеюсь, все из Вас знают, что любое вещество состоит из атомов, а в твердых телах все атомы занимают строго определенные положения, образуя кристаллическую решетку?!

В результате этого начинается каскад атомных смещений, то есть атомы выбиваются из своих устойчивых положений (узлов кристаллической решетки), как шары в бильярде. В свою очередь эти атомы начинают выбивать все новые и новые атомы. Это происходит пока у них хватает энергии.

Если атом выбивается из своего положения, то он называется межузельным атомом. А в месте, откуда его выбили, остается небольшая пустота – вакансия. В совокупности межузельный атом и вакансия являются точечными дефектами кристаллической структуры и называются парой Френкеля, за счет диффузии они могут перемещаться по кристаллической решетке.

пара Френкеля

В момент, когда у атомов закончилась энергия, они уже выбили все, что возможно, начинается вторая стадия каскада атомных смещений.

Атомам не выгодно находиться в межузельном положении, так как при этом для существования им приходится постоянно расталкивать соседние атомы, а это затруднительно. Им куда выгоднее соединяться с вакансиями, то есть возвращаться в исходные положения в кристаллической решетке. Этот процесс называется рекомбинацией точечных дефектов.

По истечении некоторого времени, когда каскадуспокаивается”, несмотря на то, что большинство межузельных атомов рекомбинируют с вакансиями, все же остается некоторое количество дефектов (межузельных атомов и вакансий), которые успевают “разбежаться” от места соударения и остаются в виде отдельных дефектов. Такие дефекты называются “выжившими”.

После этого вакансии могут объединяться и образовывать пустоты побольше, а если к ним будут присоединяться еще вакансии от каскадов, которые прошли недалеко от первого, то эти пустоты могут превращаться в поры (большие дырки, прямо как в сыре).

распухание

В результате роста таких пор будут ухудшаться свойства данного материала, и он начнет быстро разрушаться.

Этот процесс образования и роста пор под действием радиационного облучения нейтронами и называется радиационным распуханием.

Таким образом, развитие каскада атомных смещений состоит из трех стадий: на первой стадии происходит быстрый рост числа дефектов (межузельных атомов и вакансий), на второй стадии происходит их рекомбинация, а на третьей стадии остаются “выжившие” дефекты, которые далее могут перемещаться по кристаллу, объединяться в более крупные образования.

каскад атомных смещений


Anton

Автор блога