Радиационные повреждения в км

 При реакторном облучении повреждения в структуре КМ создают, в основном, быстрые нейтроны

 Начальным актом их взаимодействия с веществом является образование первично выбитых атомов (ПВА)

 Энергия ПВА впоследствии реализуется в так называемом радиационном каскаде.

 Этапы развитие каскада:

1 этап – стадия атомных столкновений. Длится он доли пикосекунды (пс), заканчиваясь остановкой атомов. На нём создаются в равном количестве избыточные вакансии и междоузельные атомы и в материале появляются зоны обеднения и обогащения.

2 этап, релаксационный, длительностью в  0,5 пс с формированием поля напряжений вокруг точечных дефектов. Пары Френкеля в зоне неустойчивости мгновенно рекомбинируют. Область каскада сохраняет высокую температуру, которая может превысить Т_m .

3 этап (несколько пикосекунд) - остывание каскада.

4 этап – стадия отжига и достижения термического равновесия, когда происходят диффузионные релаксационные процессы с дополнительной рекомбинацией разноимённых точечных дефектов и формированием кластеров из одноимённых. На этом самом длительном этапе возникают дислокационные петли (вакансионные в обеднённых зонах и междоузельные в обогащённых).

 Связь ПВА с числом смещений и замещений.

• Расчёт концентрации ПВА

С_ПВА,i = ПВА/N = Ф_it_р,i,

где _р,i - микроскопическое сечение рассеяния нейтрона i-энергетической группы со смещением атома решётки, равное обычно (1-10)10^-24 см^-2 , N – число атомов в 1 см³

_рi – из модели взаимодействия шаров с передачей энергии нейтрона атому в пределах

от 0 до 4м₀м_а/(м_{0 +} м_а)²

и использования энергии смещения E_d (20-90 эВ).

Элемент	Be	C	Al	Ni	V	Cr	Mn	Ni	Cu	Zr	Ti	Mo	W
Ed, эВ	31	31	27	40	40	40	40	40	20	40	40	60	90

• Расчёт концентрации смещений

С_сна,i = С_ПВА,I ∙_i = Ф_it_р,i_i

где _I – каскадная функция, равная числу смещений, произведенным одним ПВА.

Энергия ПВА расходуется на образование смещений путем упругих столкновений и на ионизацию атомов.

Машинное моделирование каскадов выявило ряд анизотропных эффектов передачи энергии: каналирование, фокусировка, динамические кроудионы.

Каналирование - глубокое проникновение отдельных ПВА между плотными плоскостями атомов без замещений с образованием в конце пары Френкеля.

Учитываются также энергия отдачи активируемых атомов и вклада -квантов через фотоэффект, эффект Комптона и эффект образования пар.

В результате захвата нейтрона атомами с эмиссией - квантов, -частиц и протонов. Наибольшими сечениями _з захвата обладают тепловые нейтроны. В этом случае _з могут превосходить _р в 10⁵ раз. Сечение _з быстрых нейтронов меньше, чем у тепловых. Их отношения равны 5400 у гадолиния, 500 у кадмия, 2 у титана. При эмиссии - квантов, -частиц и протонов атомы приобретают энергию отдачи. При эмиссии - квантов с энергией 6 МэВ энергия отдачи атомов со средним атомным весом (50-60) будет составлять 350-400 эВ. Такие атомы способны произвести лишь несколько смещений. Однако при больших величинах _з их вклад в общее число смещений может быть значительным.

- кванты взаимодействуют с атомами с образованием быстрых электронов - фотоэффект при Е_ до 100 кэВ, Комптон-эффект при Е_ от 0,5 до 1 МэВ и эффект образования пар при Е_ 0т 1 до 5 МэВ (энергии Е_ приведены для атомов с атомными номерами меньше 60). При Комптон-эффекте, область проявления которого постепенно сужается с увеличением атомного номера, сечения _с атомного смещения могут для некоторых элементов быть сопоставимыми с _с при нейтронном облучении. Из-за малой массы электронов передаваемая ими атомам энергия мала и способна произвести лишь единичные смещения. Но при больших сечения _з захвата нейтронов производимые смещения могут быть значимыми.

Существует мнение, скорость образования смещений является более представительной характеристикой воздействия радиации на ряд свойств КМ (прежде всего, механических). Эта характеристика именуется скоростью радиационного повреждения – К. Интегральное воздействие отражает доза радиационного повреждения – Kt.