Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Превращения радиационных дефектов

Превращения радиационных дефектов

26.07.2017

Дозу облучения j (флюенс) измеряют числом частиц, падающих на единицу облучаемой площади. Поведение же материала определяет доля N атомов, покидавших свои узлы при столкновениях, — число N “смещений на атом”. Например, оболочка тепловыделяющего элемента в реакторе за срок службы получает j ~ 2*10в23 нейтрон/см2, чему соответствует N ~10в2 смещений/атом, т. е. каждый атом решетки 100 раз покидал за это время свой узел (и возвращался в другой при аннигиляции с вакансией).
После большой дозы облучения наступает перекрытие каскадов. Рост концентрации точечных дефектов замедляется, и в итоге наступает насыщение. Если “зона захвата” для спонтанной (бездиффузионной) аннигиляции пары вакансия — межузельный атом содержит т узлов, то предельная концентрация cV = cMA ~ 1/m. Так, по насыщению электросопротивления после облучения нейтронами при T = 4,6 К (когда исключена аннигиляция путем диффузии) измерено m = 300...100 в ряду Fea, Ta, Mo, W, т.е. в вольфраме концентрацию вакансий (и MA) можно довести до cV = 1 %.
При более высокой температуре есть миграция дефектов; предельная их концентрация ниже и зависит также от потока частиц, а не только от общей дозы (флюенса): чем медленнее повреждение, тем ниже и его предельный уровень. Все это совершенно меняет последующую перегруппировку и кинетику стока точечных дефектов.
Изменения в металле продолжаются и после насыщения. Во-первых, из-за аннигиляции дефектов “разного знака” вскоре остаются лишь группы “одноименных” дефектов, которые растут. Во-вторых, при повреждении нейтронами идут также ядерные реакции деления и общее число атомов в решетке растет (“твердое” распухание урана может достигать 2—3% ). Осколки деления — это инородные атомы: чистый металл превращается в сплав. В-третьих, высвобождающиеся при делении а-частицы — это гелий. Микропоры в объеме заполняются газом, и металл вспухает от пластической деформации под его давлением (свеллинг), а у поверхности возникают макроскопические пузыри (блистеры). Так, в уране после “выгорания” его в ядерной реакции до 0,4% преобладают пузыри диаметром 0,1 мкм, а далее возможны и пузыри размером 2мм. Возможно газовое распухание и неделящихся конструкционных материалов: до 10...20% после 10в24 быстрых нейтронов/см2 (т.е. после 200 смещений на атом).
Каскад столкновений рождает всего два типа дефектов: вакансии и межузельные атомы. Все остальное появляется в результате их миграции и взаимодействий. Скорости изменения концентрации каждого типа дефекта Aci/dt (включая их рождение, реакции и “выход из игры” с поглощением на поверхностях) выражаются через все концентрации cj, диффузионные подвижности Dj и радиусы захвата rij Для каждой реакции. В этой системе уравнений следует учитывать также первичную неравномерность пространственного распределения вакансий и MA в каскаде. Вид решения системы очевиден: при непрерывном облучении (либо после его прекращения) при t —> 00 все ci стремятся к соответствующему стационарному значению ci0 = const. Однако из-за недостатка констант ни сами ci0, ни характерные времена установления равновесия ti надежно не предсказываются.
Исследование стока дефектов на численных моделях несколько облегчается тем, что характерное время процессов различается на порядки: каскад рождается за 10в-13 с, решетка приходит после этого в равновесие за 10в-11 с, межузельные атомы стекают за 10в-6 с, а избыток вакансий за 1с, после чего эволюция возникшей структуры длится до 10в6 с. Однако малые различия в состоянии к концу °ДНого этапа могут направить по разным путям процесс на следующем этапе. Конкуренция многообразных процессов стока определяет исход: пропорцию между бесследным исчезновением (многоступенчатой рекомбинацией) дефектов и их накоплением — радиационным повреждением структуры.
Экспериментально измеримы немногие интегральные характеристики: остаточное электросопротивление оценивает общую сумму дефектов, аннигиляция позитронов — вакансии, их группы и поры. Конечные продукты стока: поры, петли дислокаций и дефекты упаковки наблюдаются электронномикроскопически.
При непрерывном отогреве после облучения при температуре 4 К сток дефектов ступенчатый. Однако расшифровка ступеней электросопротивления или теплосодержания часто неоднозначна.