Новости

Новости

Повреждение решетки


Облучение любыми элементарными частицами или ионами не создает иных первичных дефектов решетки, кроме вакансий и межузельных атомов. Однако их размещение, последующие взаимодействия и перегруппировка настолько своеобразны (и практически важны), что дефекты решетки после облучения — радиационные дефекты — изучает специальный раздел физики твердого тела — радиационная физика.
Атом в решетке имеет энергию связи H ~ 10 эВ. При столкновении с частицей, обладающей энергией U >> H, можно пренебречь взаимодействием атома с решеткой и считать столкновения упругими. Наибольшая энергия передается, когда упругий удар центральный. При этом частица с массой т и энергией U передаст атому массы M энергию U2, которая определяется из сохранения импульса и энергии:

Для повреждения решетки атому нужно придать такую энергию U2, чтобы он не только покинул узел решетки в заданном (произвольном) направлении, но и “улетел” далее радиуса спонтанной рекомбинации пары Френкеля (иначе исходная конфигурация тут же вернется). На этом пути атом раздает в столкновениях свою энергию соседним атомам. Поэтому минимально необходимая энергия атома Ud (порог смещения) в несколько раз больше, чем энергия сублимации H. Для 27 металлов измерены Ud = 10...50 эВ (они могут различаться и при разных направлениях соударения). Ниже этой энергии (при U2 < Ud) радиационных повреждений не будет.
Для расчета Ud обычные потенциалы взаимодействия неприменимы: при больших скоростях столкновений сближение атомов существенно больше, чем в макроскопических экспериментах, обычно используемых для калибровки потенциала. Надо учитывать также степень ионизации “быстрых” атомов и динамическую экранировку их электронами металла.
Минимальная энергия первичной частицы Umin, достаточная для рождения дефектов, зависит от ее массы т. Так, в меди Ud = 25 эВ, и из (1) необходимая энергия тяжелых ионов Cu+ (М/m = 1) всего 25 эВ, Umin ~ 0,4 кэВ для нейтронов и протонов (М/т = 64) и Umin ~ 0,7 МэВ для электронов и у-лучей (М/m = 64:1837), поскольку отношение масс нейтрона и электрона 1837:1. (Гамма-квант обычно не Реагирует с ядром, а отдает всю свою энергию электрону, который и Участвует в столкновении).
“Тепловые” нейтроны с энергией U < 1 эВ повреждают решетку, вызывая ядерные реакции. В этих реакциях рождаются у-кванты с энергией U ~ 1 МэВ, но главную часть энергии деления уносят осколки деления (например, 235U может дать два ядра с энергией 137 и 55МэВ).