справочник (550668), страница 77
Текст из файла (страница 77)
При облучении материалов частицами с энергией порядка мегазлектронвольтв смещаемым атомам передается энергия, на порядки более высекал по сравнению с пороговой. Смешаемый атом ускоряется, а его кинетическая энергия расходуется на ноннзацию атомов, расположенных вдоль траектории движения. В результате образуется каскад радиационных дефектов.
Частицы и излучения могут приводить к химическим и ядерным реакциям (включая реакции деления) в материале тел, а также появлению в структуре материалов самих бомбврднруюших частиц (ионное внедрение), что вызывает появление примесей в материале, н валяются второй причиной возникновения радиационных дефектов. Физические процессы, приводящие к образованию радиационных дефектов, составляют научную основу радиационного материаловедения, изучающего совокупность методов, позволяющих, во-первых, создать материалы (конструкционные, полимерные, полупроводниковые и др.), устойчивые к воздействию ядерных излучений н, во-вторых, придать этим материалам требуемые свойства путем их дозированного облучения. Раднационные дефекты способны изменать объемные и поверхностные свойства материалов.
Характер изменения свойств зависит от длины пробега частицы или излучения. К поверхностным дефектам приводит облучение элехтрозаряженными частицами и излучениями низких энергий; к объемным — облучение быстрыми нейтронами. 1 При взаимодействии быстрого нейтрона с металлическим нлн керамическим материалом большая часть его энергии передается атомам, смещающимся нз узлов кристаллической решетки (пороговая энергия смещения атома составляет около 25 эВ).
В результате происходит образование дефектов кристаллов в виде вакансий и междоузлий. Начиная с определенного количества радиационных дефектов становятся заметными изменения механических, физических, химических и других свойств конструкционных металлических нлн керамических материалов. При взаимодействии быстрого нейтрона с органическим веществом большая часть его энергии идет иа образование протонов отдачи, на ионизацию атомов водорода нли их возбуждение. Разрыв связей С вЂ” Н или С-С является следствием облучения.
Из жидких органических веществ выделяются газы, нх вязкость повышается. Радиационнаа стойкость и стабильность органических веществ намного нюке, чем металлических и керамических материалов. Наибольшую чувствительность к радиации имеют полупроводники. При взаимодействии быстрых нейтронов с полупроводниками снижаются их усиливающие харакгеристики, в запрещенной зоне возникают разрешенные состоянии. 1 Быстрые нейтроны образуются лрн реакция деления ядер, ях энергия составляет О,! - ! О МэВ. 426 ! Изучение поведсннл различных материалов в потоках быстрых н тепловых нейтро- 2 нов показало, что существует пороговое значение флюенса нейтронов, ниже которого влияние облучения на материалы незначительно. В табл.
6.73 н 6.74 прнведены порогоз вые значения флюенсов длл быстрых, тепловых н надтепловых нейтронов. Выше пороговых значений флюенса нейтронов эффект облучения необходимо учитывать прн выборе материалов, расчете механической н конструкцнонной прочности, коррознонной стойкости, расчете теплопередачн н совместимости материалов. Таблица 6.
73. Парепеее знвчснне флюенсв быстрьп нейтранеа в различных материалах 1191 пр знзчзиис фяспкзь исатрlи Вмзызаснсс еиснснис сзоастз 10 !О 10 1О 1О 1О 10 Сплавы пнрконнл Углеродистые стали Коррознсняо-стойкнс стали 1О 10 1Озь !О 1Озз Алюмияиевые сплавы 14нркониевые сплавы Никелевые сплавы ! Тепловымн называют нейтроны, находащнсса в тепловом равновесия с адрамн среды я нмсющис энергию 0,005-0,2 эВ. з Флюснс нейтронов — пропзвсдение плотности потока нейтронов и времена облучения; плотность потока нейтронов — проязведение плотности нейтронов н нх средней скорости.
3 з Надтепловымн называют нейтроны с энергнсй 2-10 эВ. 427 10 1О Ю 1О !О 101! !02! Ю Гермаяясвые, кремниевые яолупроводннкн Полнмстял, мстакрнлат, пешполоза Вола н жндкяе оргапнчсскне соеднпсяпл Натурваьяый я бугяловый каучук Органнчсскне жндкостн Бугиловый каучук Пвшэтнлсн Фсполлолямсры с мнпсральпьлая напслнн- Назуральный каучук Углеводородные масла Полнстарол Металлы Углеродистые сталя Ксрамнка Ухудшсннс усюпшающнх характеристик Потери прочности Газовыделенне Потери эластнчностн Газовыдслеяне, повышеннс вазкостн Размюченне Потеря прочности прн растажепян Потеря прочяостя прн растюксннн Отвсрдеванис Повышение вязкости Потеря прочности пря раепекеняя Повьппеянс предела тскучестн Сяяженнс ударной вязюютн Сннжеяне тсплопроводностн, плотности, ршрушенне криставлнчссжзй структуры Спнжсннс пластичности, рост предела тскучестя Сняжепне плвстнчностя, рост предела текучсстк Сесксяне пластпчностн, рост предела текучестя, повмшеею крятнчсской температуры хрупкости Значительное палеяис пластичности Замстяое снижение пластнчностн Распуханнс, падение пластичности Таблица б.
74. Пороговое значение флюеисв теплевыя ° иадтепловыл нейтреиов в различных материалах !50! Степень радиационного воздействия на материалы при облучении их нейтронами зависит от состава изотопов в химических компонентах материалов. Например, в результате (и, а) реакции' в млгернавах полвллстсл гелий, влияющий на процессы радиационного распухания, ползучесги, охрупчиванил. Для примера можно указать и другие ядерные реакции, которые могут приводить к дополнительному изменению свойств материалов: Ве(р,а) Ь1; А!(р,у~ 81; 1.!(п,а) Т; А!(н,у) А!", Ве(а,п) С; Ха(п,у) !4а.
К свойствам конструкционных материалов, работающих в условиях радиационных облучений, предъявляют следующие требования 117, 19): 1) высокая механическая прочность н пластичность; 2) высокая термичесюш стабильность (теплостойкость); 3) высокая коррозионная стойкость и совместимость с другнмн материалами; 4) хорошие характеристики теплопередвчи; 5) малое сечение поглощенна (захвата) нейтронов; б) большая радиационная стабильность; 7) низкая наведенная радиоактивность; 8) высокое сечение рассеяния нейтронов, большая потеря энергии нейтрона за одно сголкновение. Первые четыре требованиа являются общими для конструкцнонньи материалов; последние — специфическими свойствами, определяемыми необходимостью экономии нейтронов, эффективного их замедления (для реакторов на тепловых нейтронах), а таске стремлением иметь малое отрицательное изменение механических и других свойств под алианнем радиационного облучения.
Специфические требования определили выбор элементов, служащих основой и лепярующими добавками реакторных металлических материалов. ! Реияцня захвата нейтрона л ядром, сопровождающиеся вылстоы а-частицы ((л, т) — то пс испусканием т-кваша; (р, а) — реакция захвата протона р ядром, сопровождающаяся вылетом а-частяцы). 428 Перечень этих элементов и их ядерно-физические характеристики приведены в табл. 6.75. Таблнча б. 75. Яяврне-фнэнчеение еаейетвп ренктериы* металлических, материалов (19! Сочлене поглощеннл щпловых нвагеонов Свчвннв рвееевннв тепловых нвагаонов, б т, в/ы з г .'С -м э Берн — внесистемная единице измерения плошали, 1 б 10 и . Бериллий и его соединении.
Бериллий имеет наименьшее из всех металлов сечение поглощения тепловых нейтронов, большое сечение рассеянна и высокую температу! ру плавления, поэтому является отличным замедлителем и отражателем . Бериллий и оксид бериллня хрупки, дорогостоящи и токсичны, что плохо согласуется с общими требованиями к консгрукционным материалам.
Для металлического бериллня и его оксида характерными эффектами, наблюдаемыми при росте флюенса быстрых нейтронов, явлщотся размерная нестабильность и гелиевое охрупчивание. Размерная нестабильность сввэана с реакциами взаимодействиа быстрых нейтронов с бернллием. Увеличение относительного объема гзгйуг' образца бериллия (радиационное распухание) при температурах облучения 70 — ! 30 С описываетсв зависимостью 1191 йг7)г= 0,584Р' ', где г" ! 0 — флюенс (Е > 1 МэВ) нейтронов.
Пластичность облученного бериллия падает практически до нуля уже при относигз г тельно невысоких флюенсах нейтронов (1 — 4) 10 нейтр./м . Это свойство носит название гелиевого охрупчнвания бериллия. 1 Сечения взаимодействия нейтронов с ллрамн хвректернзуют вероятность ядерной реакции (напрныер, поглощения) илн изменения энергии нейтронов (рассеяния). 429 Ве М8 Ег А! ИЬ Мо Ре Сг Сп Ь!! Ч Т! Мп !Ч Тв 9,01 24,31 91,22 26,98 92,9! 95,94 55,85 52,00 63,54 58,71 50,94 47,90 54,94 183,85 180,95 1,85 1,74 6,50 2,70 8,57 10,20 7,87 7,!9 8,96 8,9! 6,10 4,51 7,43 19,20 16,60 1283 640 1845 660 2415 2617 1 539 1 990 1083 1 465 ! 736 ! 725 1 245 3 410 2996 0,0095 0,063 0,180 0,235 1,100 2,600 2,530 3.100 3,800 4,600 4,900 6,100 13,300 19,000 21,000 1,0 6,6 19,0 24,7 116,0 274,0 267,0 326,0 400,0 485,0 516,0 642,0 ! 400,0 2 000,0 22! 0,0 7,0 4,0 8,0 1,4 5,0 7,0 11,0 3,0 7,2 17,5 5,0 4,0 2.3 5.0 5,0 $ 40 ' го д о~ 1О 4 О 4 В !2 )г!б ~, иейзрЛР 2 !Оо ЗОО 5ОО Ь С Прн облучении нейтронным потоком линейные размеры изделий из оксида берюлия увеличиваются, соопмтственно уменьшается плотность, увеличивастса пористость изделий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
