辐射下的材料科学

✍ dations ◷ 2025-06-09 11:36:21 #材料科学

辐射下的材料科学描述了辐射和物质之间的相互作用:它是涵盖了辐射作用对物质所产生的各种形态的影响的非常宽广的领域。

现在最受关注的辐射对材料的影响来自核反应堆的内核制造技术:构成内核结构元件的原子在其工程活动期内会在辐射离子流的影响下不断的移动。辐射作用对核反应堆的影响所可能产生的后果为:内核元件的形状以及体积会发生10%范围内的改变;其硬度会增加到5倍或更多;材料的延展性将大大渐弱,同时脆性会增加,对外部环境的易感性将增强,产生裂化的可能性因此会增高。为了安全的因素考虑,理解辐射作用对材料的影响,从而创造出高耐辐射的合金以及新型材料是研究辐射下的材料科学的主要目的。

能够加速材料结构老化的辐射包括:中子辐射,游离辐射,电子辐射以及伽马射线辐射。所有的这些辐射类型都有强迫原子离开其所处晶格格位的特性,这是致使材料结构改变的最基本的过程。被辐射材料粒子和离子的混杂使材料和外界产生了关联并改变该材料的性质,这个过程可以用于使用加速器增快放射性废料的衰变,对现有材料使用离子注入,离子束混合,等离子体浸没离子注入以及离子束浸没沉淀等技术以产生新型材料。

材料的辐射作用的基础进程开始于高能量的粒子撞击到材料中的某一目标,这个进程包括了好几个步骤或作用,其最主要的结果是使一个原子被迫离开它所处的晶格格位,产生位移。辐射作用使一个原子离开其所处的栅格,留下了一个空的格位(一个晶格空位),而这个被移动的原子最后会停留在晶格格位间的某一位置,变成一个间隙缺陷。由一对晶格空位和间隙缺陷所组成的点缺陷体被称为弗仑克尔缺陷,它是晶体结构体受辐射后最重要和最基本的产物。弗仑克尔缺陷的产生以及其他一些辐射损害因素决定了材料的物理性质改变,同时在外力的作用下产生了力学性质的改变。经过间隙缺陷产生的过程,材料会发生膨胀,增长,相变或者偏析等变化。

辐射损害过程定义为入射粒子流将能量传递给晶体,并将其分配于遭到撞击的原子的过程。这个过程又可以细分为几个子事件:

辐射损害过程最终的结果是在晶体结构中形成大量的点缺陷聚合体(包括晶格空位以及间隙缺陷)并且由这些缺陷聚合体所组成的簇。

对晶体辐射损害最主要的量化值是单位时间中在单位体积内发生的位移量 R {\displaystyle R}

这里:
N {\displaystyle N} :原子数密度;
E m a x {\displaystyle E_{max}} E m i n {\displaystyle E_{min}} :入射粒子所具有的最大和最小能量;
ϕ ( E i ) {\displaystyle \phi (E_{i})} :粒子流所产生的能量;
T m a x {\displaystyle T_{max}} T m i n {\displaystyle T_{min}} :一个具有 E i {\displaystyle E_{i}} 能量的入射粒子可传递给一个晶格原子的最大和最小能量;
σ ( E i , T ) {\displaystyle \sigma \left(E_{i},T\right)} : 一个具有 E i {\displaystyle E_{i}} 能量的入射粒子进行的能够传递 T {\displaystyle T} 能量给被撞原子的碰撞的反应截面;
υ ( T ) {\displaystyle \upsilon \left(T\right)} :每个初级撞击原子进行的位移量。

上述公式中最核心的两个变量为 σ ( E i , T ) {\displaystyle \sigma \left(E_{i},T\right)} υ ( T ) {\displaystyle \upsilon \left(T\right)} σ ( E i , T ) {\displaystyle \sigma \left(E_{i},T\right)} 刻画了入射粒子与其首先发生碰撞的原子(初级撞击原子)之间的能量传递; υ ( T ) {\displaystyle \upsilon \left(T\right)} 则代表了初级撞击原子将在晶体中进行的位移总量; 这两者合在一起描述了一个具有 E i {\displaystyle E_{i}} 能量的入射粒子所能引起的位移总量,上述公式则包含了入射粒子流的能量分布,其最终的结果是晶体内部所有由于该粒子流所引起的位移总量。

在辐射下的材料科学中,晶体中的原子位移损坏度( {\displaystyle \left} = displacements per atom in the solid ,单位原子的位移量)相对于注量(中子注量,单位为 {\displaystyle \left} )能够更加贴切的描述辐射作用对材料性质的影响。

相关

  • 牡丹江医学院牡丹江医学院Mudanjiang Medical University成立于1958年,是一所省属医科类大学,是黑龙江省特色应用型本科高校建设单位、中国全国首批卓越医生教育培训计划项目试点高校,2015
  • 血腥法典血腥法典(Bloody Code)为一个被用来描述1688年到1815年间,存在于英国的法律及刑罚系统的称呼。在1688年时,当时的法典有50种犯罪可以被处以死刑,但这个数量到了1776年却达到了4倍
  • 稻草人《稻草人》(英语:Strawman)是一部于1987年上映的台湾电影,由王童担任执导。此电影的主要内容以描述日治时期台湾农村人民生活作为背景,细腻描述台湾人遭遇,是“台湾近代三部曲”之
  • 爱国者法案《美国爱国者法》(USA PATRIOT Act)是2001年10月26日由美国总统乔治·沃克·布什签署颁布的国会法,正式的名称为“Uniting and Strengthening America by Providing Appropriat
  • 汉阳峰汉阳峰又名大汉阳峰(与近旁的小汉阳峰相区别),是中国江西省庐山的最高峰,海拔1474米。汉阳峰位于庐山南部,距离庐山风景区的中心牯岭街14公里,毗邻东北侧的小汉阳峰和南面的紫霄峰
  • 甘粕事件甘粕事件,又称大杉事件,发生在1923年9月16日,日本关东大地震半个月后。由于担心无政府主义者会推翻政府,宪兵大尉甘粕正彦在东京逮捕了无政府主义者大杉荣(日语:大杉栄)、他妻子伊
  • PlayStation 3游戏列表“PlayStation 3”游戏以公开发售,或透过下载游戏至硬盘内游玩。部分游戏同时提供光盘版本及网络付费下载版本。“PlayStation 3”公开发售的游戏以“蓝光光盘”作为光盘格式
  • 2015年希腊议会选举2015年希腊议会选举可以指:
  • 田森田森(日语:タモリ  */?,又译作塔摩利,1945年8月22日-),本名森田一义(日语:森田 一義/もりた かずよし  */?),是日本搞笑艺人、广播电视节目主持人、演员、歌手、作词人、实业家,福冈
  • 陈倬陈倬(1910年11月10日-1985年6月3日),字云昭,江苏金坛人。其父陈权为前清举人。他从国立交通大学毕业后至广东加入国民革命军,历任连长、营长。后留学日本,就读于日本陆军士官学校第