ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Действие ядерных излучений на структуру вещества из "Ядерная физика " Все эти процессы приводят к созданию дефектов решетки, т. е. к изменению микроструктуры кристалла. При достаточно мощном облучении за счет этих дефектов заметно изменяются и различные макроскопические свойства тела — механические и тепловые. Изменение решетки влияет и на структуру электронных энергетических зон, т. е. на электрические и оптические свойства. [c.650] При Ml = о формула (13.3) применима для рассмотрения столкновения v-кванта с атомом. Под Е , Е в формуле (13.3) понимаются релятивистские кинетические (не полные) энергии (4.8) соответствующих частиц. При столкновениях частиц ядерных излучений с атомами практически всегда Мг Mi. Поэтому из (13.2), (13.3) следует, что для выбивания атомов энергия налетающих частиц должна намного превышать Еа, особенно если эти частицы легкие. Например, даже такая сравнительно тяжелая частица, как нейтрон, имеющий энергию 2 МэВ, может передать при упругом столкновении атому углерода не более 0,5 МэВ, а атому урана — не более 0,033 МэВ. Электрон той же энергий может передать углероду не более 1 кэБ, а урану не более 0,05 кэВ. Для у-кванта той же энергии соответствующие цифры в три раза меньше, чем для электрона. [c.651] Для того чтобы выбивание атомов шло с заметной интенсивностью, необходимо, чтобы эффективное сечение выбивания было не очень мало по сравнению с сечениями других конкурирующих процессов. Для нейтронов это сечение имеет порядок нескольких барн (в области энергий, достаточных для выбивания) и вполне сравнимо с сечениями конкурирующих неупругих процессов. Для электронов сечение выбивания имеет порядок десятков барн, но сечения возбуждения и ионизации электронов (в пересчете на один атом) имеют значительно большую величину. Для у-квантов в наиболее интересной для практики области энергий в несколько МэВ наибольшее сечение имеет процесс образования комптоновских электронов (см. гл. VHI, 4). Поэтому при у-облучении атомы выбиваются из решетки в основном комптон-электронами. Но если электронный пучок создает выбитые атомы только в поверхностном слое, то v-излучение выбивает атомы во всем объеме вещества. [c.651] Другой сопровождающий выбивание эффект состоит в том, что-смещающийся атом перед остановкой (когда сечение взаимодействия-с другими атомами резко возрастает) может передать свою энергию сразу большому числу атомов, В результате большое количество атомов покидает свои места в решетке. Это явление называется пиком смещения. Возникновение пика смещения с последующей его-релаксацией приводит к сильному перемешиванию атомов. В ре-зультате уничтожаются многие точечные дефекты, но возникают более сложные дефекты, например, дислокационные петли. [c.653] Облучение сильно влияет на механические свойства. Обычно материал упрочняется из-за того, что возникшие под влиянием облучения дефекты тормозят движение дислокаций. Модуль упругости растет, разрушение вместо пластического становится хрупким ). Эти изменения иллюстрируются на рис. 13.3 графиками деформация — напряжение для малоуглеродистой стали при облучении ее различными потоками нейтронов. [c.653] Радиационные изменения механических свойств довольно устойчивы. Их можно уничтожить только отжигом при температуре порядка температуры рекристаллизации. [c.653] На создание вакансий и атомов в междоузлиях тратится довольно значительная энергия. При больших дозах облучения эта так называемая скрытая энергия становится большой уже в макроскопическом масштабе. Например, в графите после облучения дозой 3-10 нейтрон/см создается скрытая энергия 620 кал/моль. Эта энергия выделяется при отжиге. В некоторых случаях наблюдается самопроизвольное выделение скрытой энергии, при-водяш,ее к саморазогреву материала. [c.654] Изменение кривой растяжения малоуглеродистой стали после облучения нейтронами. [c.654] Цифры над кривыми — интегральный поток нейтронов, /— необлученный образец. [c.654] В неметаллах после облучения падает теплопроводность за счет рассеяния фонЬнов на дефектах. [c.655] Мы уже рассмотрели зависящую непосредственно от решетки электропроводность диэлектриков после облучения. Для работы изоляторов в условиях облучений и для ряда других вопросов важно знать электропроводность диэлектрика во время облучения. Эта радиационная электропроводность детально изучена для действия v-излучения из радиоактивных источников и реакторов. Оказалось, что при напряжениях, достаточно далеких от пробоя, радиационная электропроводность линейно растет с интенсивностью облучения. Этот результат естествен. Облучение непрерывно создает свободные электроны посредством фотоэффекта и комптон-эффекта, причем число электронов, создаваемых в единицу времени, пропорционально интенсивности облучения. [c.655] Поэтому частота колебаний электрона, занявшего вакансию, будет в сотни раз больше частоты колебаний атома. А этого как раз достаточно, чтобы довести частоту колебаний электрона до оптической области. Правильность такого объяснения радиационного окрашивания подтверждается известным еще сто лет назад эффектом точно такого же окрашивания поваренной соли при нагреве ее в парах натрия с последующим быстрым охлаждением. Этот процесс приводит к избытку натрия, т. е. к хлорным вакансиям, и следовательно, к появлению центров окраски. [c.657] Для направленного искусственного изменения свойств материалов при1Яеняется имплантация (т. е. внедрение) в них тяжелых ионов. [c.658] Имплантация ионов оказывается чрезвычайно полезной во многих ситуациях. Например, имплантация ионов бора, фосфора и тантала значительно улучшает свойства кремниевых и германиевых детекторов (см. гл. IX, 4). Имплантация тяжелых ионо открывает широкие возможности для изготовления и изучения свойств новых сплавов, которые из-за химической несовместимости компонентов невозможно получить другими способами, и т. д. [c.658] В некоторых случаях и радиационным повреждениям, наносимым веществу тяжелыми ионами, удается найти полезное практическое применение. Примерами могут служить изготовление ядерных фильтров и датировка событий по трекам продуктов деления урана. При прохождении тяжелых ионов через непроводящие кристаллы и аморфные тела вдоль трека иона из-за большой плотности ионизации (плотность ионизации пропорциональна 2 , где г — заряд иона, см. (8.24)) образуется канал сильного радиационного повреждения. Вещество в пределах канала более чувствительно к химическому воздействию и может быть удалено, например, посредством окисления и последующего травления и промывания. В результате на месте канала получаются пустоты. [c.658] Поэтому, если облучить полимерную пленку толщиной в несколько микрон тяжелыми ионами и подвергнуть ее указанной выше химической обработке, то в местах прохождения ионов в пленке образуются сквозные отверстия, так что пленка в целом может служить великолепным фильтром. При этом диаметр отверстий фильтра характеризуется небольшим разбросом и может быть заранее задан посредством соответствующего подбора условий травления (временем, температурой и т. д.). [c.658] Для примера на рис. 13.6 показаны фотографии (полученные с помощью электронного микроскопа) обычного химического фильтра со средним размером пор 0,45 мкм (рис. 13.6, а) и ядерного фильтра с размером пор 0,4 мкм (pif . 13.6, б). Как видно из рисунка, качество ядерного фильтра намного выше химического. Применение ядерных фильтров исключительно многообразно. Очистка газов, воды, сортировка микропримесей по размерам, изучение размеров и формы типов клеток крови, стерилизация биологических сред, фильтрация и разделение различных типов вирусов и молекул, очистка пива и вина — вот далеко не полный перечень. [c.658] По числу треков, приходящихся на единицу поверхности, и содержанию урана можно определить время существования образца. [c.658] Трековый метод датировки событий позволяет в принципе определять как короткие, так и длительные периоды времени и в этом смысле уникален (другой метод датировки исторических событий мы рассмотрим в 6, п. 5). [c.660] Например, этим методом был подтвержден возраст ( 2-10 лет) остатков ископаемого зинджантропа, обнаруженного в Танзании в 1959 г. Л. С. Лики, и определен возраст одного из типов цветных стекол в Китае, оказавшийся равным всего лишь 70 годам. [c.660] Вернуться к основной статье