Лекция 2.
Воздействие ионизирующих излучений на вещество
2.1. Ионизирующиеизлучения. Общиепредставленияовоздействии различныхвидовизлучениянавещество.
Термин ионизирующее излучение используется для обозначения потоков частиц и электромагнитных квантов, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации или перезарядке ее атомов или молекул [1]. В узком смысле ионизирующими излучениями являются ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-излучение, потоки альфа-частиц, электронов, позитронов, протонов и нейтронов [2]. В широком смысле под ионизирующим излучением следует понимать любую частицу или квант электромагнитного излучения с энергией, достаточной для ионизации того или иного вещества. Ионизирующим излучением могут являться, например, потоки быстрых ионов, осколков деления, атомов или молекул.
Заряженные частицы ионизуют среду непосредственно при столкновении с ее атомами и молекулами (первичная ионизация). Выбиваемые при этом электроны, если они обладают достаточно большой энергией, также могут ионизовать среду (вторичная ионизация). Безусловно способностью к ионизации помимо электронов обладают любые вторичные частицы и электромагнитные кванты, если они имеют (получают) достаточную для этого энергию. В случае быстрых нейтронов ионизация обусловлена, главным образом, ядрами (атомами) отдачи или др. частицами, возникающими при взаимодействии нейтронов со средой (сечение ионизации среды непосредственно нейтронами примерно на шесть порядков ниже, чем атомами отдачи). Ионизация квантами рентгеновского и гамма-излучения, так же, как и в случае заряженных частиц, может быть первичной (фотоионизация), а также, в большей степени, вторичной, обусловленной электронами, образующимися при взаимодействии электромагнитных квантов с веществом.
Напомним, что ионизационный потенциал для электрона, расположенного на некотором определенном энергетическом уровне атома, является мерой энергии ионизации. Он характеризует прочность связи электрона в атоме или молекуле, измеряется в вольтах (В) и численно равен энергии ионизации в эВ. Первый ионизационный потенциал соответствует удалению наиболее слабо связанного электрона из нейтрального невозбужденного атома. Удалению из ионизованного атома последующих электронов соответствуют второй, третий, и т.д. ионизационные потенциалы. Первый ионизационный потенциал составляет от 3,89 для Cs до 24,58 В для Не и периодически изменяется с увеличением атомного номера Z, увеличиваясь с ростом Z в пределах одного периода периодической системы элементов. В пределах одной группы элементов ионизационный потенциал уменьшается с ростом Z. Первые ионизационные потенциалы молекул - того же порядка величины, что и для атомов, и обычно составляют от 5 до 15 эВ.
Представления об ионизирующем излучении возникли при изучении явления естественной радиоактивности в связи с ионизирующим воздействием быстрых частиц и электромагнитных квантов. В дальнейшем было обнаружено, что быстрые частицы и кванты могут вызывать не тольковозбуждениеэлектроновиионизацию атомов,ноисмещать атомыиз их равновесных положений в твердых телах с образованием устойчивыхдефектов, о которых речь пойдет ниже. С появлением ядерных реакторов, в которых образуются интенсивные нейтронные потоки, было обнаружено, что реакторные конструкционные материалы значительно изменяют свои свойства под действием облучения в результате происходящих в них структурных изменений. В связи с этим начали подробно исследоваться вопросы воздействия на твердые тела корпускулярного и гамма-излучения.
Облучение потоком нейтронов может, например, вызвать почти полную аморфизацию правильной кристаллической структуры, как это происходит в случае кристаллического кварца, превращающегося в кварцевое стекло. С другой стороны, облучение метастабильных аморфных систем инициирует процессы кристаллизации аморфных веществ.
Нейтронное облучение сопровождается также рекристаллизацией и, в ряде случаев, полиморфнымипревращениями. При чем на обычный ход процессов, протекание которых может быть вызвано, например, изменением только температуры, накладывается специфическое действие нейтронов.
Так, увеличение размеров кристаллических зерен металла при нейтронном облучении может сопровождаться не уменьшением, а увеличением твердости. Это привело к возникновению нового термина в металловедении радиационный наклеп. Обычно же твердость и прочность материала увеличиваются при его механическом наклепе (ковке, штамповке и т.д.), приводящем к повышению степени дефектности его структуры
В физикетвердоготела, а именно в ее части, посвященной реальным кристаллам с различными типами дефектовструктуры и их влиянию на свойства кристаллов, сначала возник новый раздел - радиационные воздействия на твердые тела, а затем целая область - радиационнаяфизикатвердоготела.
В дополнение к таким методам воздействия на твердые тела, как механическая деформация, термическая обработка и другим традиционным способам изменения структуры и свойств, можно пользоваться мощным облучением. Задавая дозированное количество дефектов в твердом теле, а, при облучении ионами, также легируя поверхностный слой материала, можно вызвать то или иное изменение свойств. В последнее время обнаружена радиационно-динамическая составляющая воздействия ионизирующих излучений на вещество, связанная с формированием мощных микроударных волн в результате эволюции плотных каскадов атомных столкновений.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
