輻照效應

輻照效應（radiation effects）

固體材料在中子，離子或電子以及γ射線輻照下所產生的一切現象。輻照會改變材料的微觀結構，導致宏觀尺寸和多種性質的變化，對核能技術或空間技術中使用的材料是個重要問題。在晶體中，輻照產生的各種缺陷一般稱為輻照損傷。對於多數材料而言，主要是離位損傷。入射離子與材料中的原子核碰撞，一部分能量轉換為靶原子的反衝動能，當此動能超過點陣位置的束縛能時，原子便可離位。最簡單的輻照缺陷是孤立的點缺陷，如在金屬中的弗侖克爾缺陷對（由一個點陣空位和一個間隙原子組成）。級聯碰撞條件下，在約10 nm直徑的體積內產生數百個空位和數百個間隙原子。若溫度許可，間隙原子和空位可以彼此複合，或擴散到位錯、晶界或表面等處而湮沒，也可聚集成團或形成位錯環。

一般地說，電子或質子照射產生孤立的點缺陷。而中等能量(10-100KeV)的重離子容易形成空位團及位錯環，而中子產生的是兩種缺陷兼有。當材料在較高溫度受大劑量輻照時，離位損傷導致腫脹，長大等宏觀變化。腫脹是由於體內均勻產生的空位和間隙原子流向某些漏（如位錯）處的量不平衡所致，位錯吸收間隙原子比空位多，過剩的空位聚成微孔洞，造成體積脹大而密度降低。輻照長大隻有尺寸改變而無體積變化，僅在各向異性顯著的材料中，由於形成位錯環的擇優取向而造成。離位損傷造成的種種微觀缺陷顯然會導致材料力學性能變化，如輻照硬化、脆化以及輻照蠕變等。輻照缺陷還引起增強擴散，並促使一系列由擴散控制或影響的過程加速進行，諸如溶解，沉澱，偏聚等，並往往導致非平衡態的實現。對於某些材料如高分子聚合物，陶瓷或硅酸鹽等，另一類損傷，即電離損傷也很重要。入射粒子的另一部分能量轉移給材料中的電子，使之激發或電離。這部分能量可導致健的斷裂和輻照分解，相應的引起材料強度喪失，介電擊穿強度下降等現象。

結構材料中子輻照後主要產生的效應

·1）電離效應：指反應堆中產生的帶電粒子和快中子與材料中的原子相碰撞，產生高能離位原子，高能的離位原子與靶原子軌道上的電子發生碰撞，使電子跳離軌道，產生電離的現象。從金屬鍵特徵可知，電離時原子外層軌道上丟失的電子，很快就會被金屬中共有的電子所補充，因此電離效應對金屬材料的性能影響不大。但對高分子材料會產生較大影響，因為電離破壞了它的分子鍵。

2）離位效應：中子與材料中的原子相碰撞，碰撞時如果傳遞給陣點原子的能量超過某一最低閾能，這個原子就可能離開它在點陣中的正常位置，在點陣中留下空位。當這個原子的能量在多次碰撞中降到不能再引起另一個陣點原子位移時，該原子會停留在間隙中成為一個間隙原子。這就是輻照產生的缺陷。

3）嬗變：即受撞的原子核吸收一個中子，變成一個異質原子的核反應。中子與材料產生的核反應（n，α），（n，p）生成的氦氣會遷移到缺陷里，促使形成空洞，造成氦脆。

4）離位峰中的相變：有序合金在輻照時轉變為無序相或非晶態。這是在高能中子輻照下，產生離位峰，隨後又快速冷卻的結果。無序或非晶態被局部淬火保留了下來，隨著注量增加，這種區域逐漸擴大，直到整個樣品成為無序或非晶態。