Простейшие точечные дефекты – смещенные (промежуточные или межузельные) атомы и вакансии. Их количество, распределение и вид возможных комплексов из этих дефектов зависят от вида и энергии частиц, а также от природы материала, температуры и других условии облучения.
Смещения атомов из нормальных положений внутри решетки требуют затрат энергии Ео, которая как по разным теоретическим оценкам, так и по экспериментальным определениям для металлов порядка нескольких десятков электрон-вольт (что в несколько раз превышает энергию сублимации). Согласно классической механике движущаяся частица массой М, может сообщить покоящейся частица массой М2 энергию Ед, если обладает энергией не меньше чем
ЕМИН= (М1+М2)2Ед/ (4М1М2 ) (285)
Для нейтронов и протонов, не вызывающих ядерных реакций, эта энергия изменяется от 0,004 до 0,007 МэВ, если атомная масса материала увеличивается от 50 до 100. В случае электронов ЕМИН слишком велика, чтобы можно было использовать классическую механику, и применение релятивистской механики дает для того же интервала атомных масс А от 50 до 100 энергию на два порядка больше, чем для нейтронов (ЕМИН = 0,5 МэВ). Рентгеновское и γ-излучения непосредственно не вызывают смещения атомов, но передают энергию электронам (комптоновские электроны, фотоэлектроны), движение которых может привести к смещению атомов. Очевидно, что кинетическая энергия этих электронов сравнима с энергией γ-квантов, поэтому значение ЕМИН для γ- или рентгеновского излучения имеет тот же порядок, что и приведенное выше значение для облучающих электронов.
Энергия электрона поглощается уже в тонких слоях вещества и утратится не только на смещение атомов, но и на взаимодействие с электронами внутренних оболочек атомов, сопровождающееся излучением, поэтому повреждения атомной структуры сравнительно невелики и охватывают поверхностные слои материала. Еще меньшая степень радиационного повреждения характерна для облучения γ- и рентгеновским излучениями. Кванты этих лучей способны передать атому лишь малую часть своей энергии, и то не непосредственно, а через возбуждение электронов вещества. Основная доля энергии γ-излучения тратится на ионизацию. Для металлов это не приводит к дефектам кристаллической структуры и выражается в выделении тепла.
Протоны и другие заряженные частицы (а-частицы ядра гелия, осколки деления) с большой массой имеют малую длину свободного пробега в веществе, и их влияние ограничивается приповерхностными слоями материала. Например, для а-частиц при энергии от 2 до 130 МэВ длина их пробега составляет 2-6 мкм.
Нейтроны вызывают смещения атомов в результате непосредственного столкновения с ядром или в результате ядерных реакций, когда смещения атомов производят продукты этих реакций. В случае непосредственного упругого или неупругого столкновения нейтрона с ядром атом почти всегда получает энергию достаточно большую, чтобы вызвать ряд смещений других атомов. Повреждения от быстрых нейтронов распространяются на большую толщу материала, поскольку свободный пробег нейтрона между столкновениями обычно составляет несколько сантиметров. Вместе с тем повреждением, которое вызывает каждый из первично смещенных атомов, очень концентрированно. Степень локализации этих повреждений возрастает с увеличением атомной массы вещества. В предельном случае каскад смещений, вызванных первично выбитым атомом, образует некоторый объем сложной перестройки атомов в решетке, который называют пиком смещений. Если первичный атом получает энергию меньшую Ед, то эффектов смещения нет, но окрестный объем получает значительную тепловую энергию (например, около 1 эВ на 20 атомов). Такую область называют тепловым пиком.
В веществе, построенном из легких атомов, пиков смещения не бывает и смещения, производимые первично выбитыми, вторичными и т. д. атомами, можно рассматривать как случайно расположенные и независимые точечные дефекты.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.