12 Мар 2018 10:44

Как радиация разрушает металл

Немногие знают, что одним из основных критериев при выборе радиационностойких материалов является величина радиационного распухания. Разбираемся, что это за явление, и как оно происходит.

Во время ядерной реакции образуются частицы (например, нейтроны), которые вылетают с большой скоростью. Они находятся в движении до тех пор, пока не встретят препятствие на своем пути. Попадая в твёрдое вещество, эти частицы постепенно его разрушают. 

Например, если ядерная реакция происходит в сосуде, то частицы будут постепенно разрушать его стенки. 

С чем это связано? 

Быстрый нейтрон при соударении с поверхностью передает свою кинетическую энергию атомам кристаллической решетки металла, из которого сделаны стенки реактора (или сосуда). 

«Напомню, что любое вещество состоит из атомов. В твердых телах они занимают строго определенные позиции, образуя кристаллическую решетку». 
Далее начинается каскад атомных смещений, то есть атомы выбиваются из своих устойчивых положений (узлов кристаллической решетки), как шары в бильярде. Это происходит до тех пор, пока у них не закончится кинетическая энергия. 

Атом, который был выбит из своего положения, называется межузельным атомом, а в месте, откуда его выбили, остается небольшая пустота - вакансия. Межузельный атом и вакансия в совокупности называются парой Френкеля. Благодаря диффузии они могут перемещаться по кристаллической решетке. 

Когда у атомов заканчивается энергия, начинается вторая стадия каскада атомных смещений. 

Когда каскад «успокаивается», оставшееся количество дефектов «разбегается» от места соударения и остается в виде отдельных дефектов, которые называются «выжившими». 

После этого вакансии объединяются и образуют в материале пустоты, которые могут увеличиваться и становиться порами (как дырки в сыре). Если они будут расти, то свойства материала станут хуже, и он быстро начнёт разрушаться. 

Этот процесс в радиационном материаловедении и называют радиационным распуханием.

Антон Боев,
инженер лаборатории теоретических исследований и компьютерного моделирования НИУ "БелГУ"

Система Orphus

Дата последнего изменения: 13 Мар 2018 16:27