МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ.
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ.
БАШЛЫКОВ Н.А.
МАТЕРИАЛЫ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ.
СОДЕРЖАНИЕ:
1. ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.
2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОБЛУЧАЕМЫХ
МАТЕРИАЛАХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.
3. СМЕЩЕНИЕ АТОМОВ В КРИСТАЛЛИЧЕС-
КОЙ РЕШЁТКЕ ПОД ДЕЙСТВИЕИОНИЗИРУЮ-
ЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.
4. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ РАДИОАКТИВ-
НЫХ ОТХОДОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.
5. ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.
ВВЕДЕНИЕ.
В настоящее время, в связи сростом производства и возрастанием потребностей человечества происходит рост потребляемой энергии. Однако путь беспощадной эксплуатации внутреземных источников энергии неэкологичен. Безусловно, перспективны поиски и разработки новых источников энергии. К ним в первую очередь относится ядерная энергетика. Использование ядерной энергии сдерживается не столько по соображениям надёжности ядерных реакторов, сколько из-за проблемы создания материалов, подходящих для использования в реакторах. Эти материалы должны удовлетворять следующим требованиям:
1. Стойкость к высоким температурам.
2. Стойкость к разрушающему воздействию ионизирующего излучения.
Различные виды излучения, воздействуя на твердые тела, вызывают специфические радиационные дефекты. В настоящее время имеются многочисленные доказательства не только образования дефектов, но и изменения их вида, формы, скорости движения в процессе облучения.
МАТЕРИАЛАХ.
Изучая результаты радиационного повреждения в металлах, следует различать первичные и вторичные эффекты, в результате которых в облучённых материалах образуются дефекты, наблюдаемые экспериментально.
Первичным эффектом повреждения кристаллической решётки металлов радиацией следует считать передачу одному из атомов решётки достаточно большой кинетической энергии и одновременную передачу дополнительной энергии системе свободных и связанных электронов.
Возбуждённый атом (атом, получивший дополнительную кинетическую энергию) движется сквозь решётку, расталкивая атомы и, оставляет за собой след – область повреждения, которая состоит из смещённых атомов, окружённых облаком возбуждённых электронов. Таким образом, одним из результатов первичного эффекта взаимодействия ионизирующего излучения с веществом является образование вакантных мест в решётке и междоузельных атомов.
Ко вторичным эффектам облучения, приводящим к наблюдаемым на практике радиационным дефектам определённой конфигурации, следует отнести движение и образование ассоциаций точечных дефектов. Этот процесс зависит от реальной структуры кристаллов (наличия нарушений кристаллической решётки, системы дислокаций, примесей и т. п.) и энергии, переданной системе свободных и связанных электронов.
С
этой точки зрения, нет никакой разницы в воздействии на вещество, например,
быстрых нейтронов и
- излучения. Оба вида излучения воздействуют на весь объём
материала, так как проникающая способность нейтронов и
- квантов
достаточно высока.
В
случае нейтронных потоков смещение атомов вызывают сами нейтроны, в
случае
- излучения – вторичные электроны. Разница в том, что
электроны, образованные
- квантами, вызывают единичные смещения, а нейтроны – каскады
вторичных и более высокого порядка смещений. Расчеты показывают, что нейтрон
вызывает на два-три порядка больше точечных дефектов, чем электрон или
- квант, рождающий быстрый электрон. Одновременно с
генерацией точечных дефектов нейтроны и
- кванты передают определённую часть своей энергии электронам
кристаллической решётки. Свободная энергия металлической системы повышается, и
при этом понижается энергия активации процессов, связанных с перемещением атомов
и дефектов. В результате увеличения подвижности атомов и дефектов, а также в
зависимости от физических и атомных параметров вещества и некоторых внешних
факторов, может образоваться многообразие наблюдаемых методами электронной
микроскопии радиационных дефектов: ассоциации вакансий и междоузельных атомов; дискообразные скопления точечных
дефектов, захлопывающихся в определённых условиях в петли
дислокаций, и многие другие дефекты.
Увеличению подвижности точечных дефектов и атомов может способствовать и перераспределение относительной плотности свободных и локализованных электронов в микрообластях кристалла, возникающие как в результате образования радиационных дефектов, так и вследствие возникновения динамической дополнительной подвижности элементов системы. Как свидетельствуют опыты, значительно увеличивается подвижность атомов в зонах радиационных повреждений, создаваемых быстрыми заряженными частицами, осколками деления, либо ионизированными смещёнными атомами.
Динамика образования определённого сложного радиационного дефекта зависит от параметров подвижности атомов и дефектов в металлическом твёрдом теле в процессе облучения. Немаловажное значение в увеличении подвижности дефектов, вероятно, играет и наведённое излучением электронное возбуждение, так как в области низких температур термодинамика предсказывает чрезвычайно низкие диффузионные характеристики атомов и дефектов, в то время как при облучении даже в области низких температур иногда наблюдаются ассоциации дефектов, которые могут образоваться только в результате диффузионного перемещения атомов либо дефектов.
При достаточно высокой температуре, дефекты претерпевают ряд превращений: взаимно уничтожаются; часть дефектов может выходить на поверхность металла или границы зёрен. Если дефекты адсорбируются дислокацией, то это приводит к закреплению последних. Если поглощённых дефектов много, они перемещаются вдоль линии дислокации и, собираясь вместе, образуют зубцы, тормозящие движение дислокаций. В результате поглощения дефектов дислокация закрепляется, упрочняется материал.
Точечные дефекты могут не только адсорбироваться дислокациями, но и объединяться, образуя дивакансии, тройные вакансии и комплексы вакансий. На дальних расстояниях вакансии не взаимодействуют, но при встрече они могут объединяться в прочный комплекс (его образование происходит с понижением энергии всей системы). Образованные поливакансии испытывают рост. Отдельные вакансии, непосредственно сливаясь в плоскости слоя или образуя сначала сферические полости, которые в дальнейшем сплющиваются, переходят в своеобразные кольцевые дислокации. Кольцевая дислокация может поворачиваться, подвижность