2.2 Влияние излучения на электрическое сопротивление материалов
Одним из лучших показателей степени совершенства кристаллической решётки является её электрическое сопротивление. Результаты, полученные из опытов по измерению сопротивления металлов, подвергнутых холодной обработке, показали, что это свойство восстанавливается при более низких температурах, чем некоторые механические свойства, например твёрдость. Это привело к предположению, что твёрдость связана главным образом с числом и конфигурацией дислокаций в веществе, в то время как сопротивление в большей степени является мерой числа вакансий и внедрённых атомов.
Если эта точка зрения правильна, то сопротивление должно существенно изменяться под действием излучения, а температура и характер этого отжига должны в свою очередь подтвердить или опровергнуть правильность предположения, согласно которому изменение сопротивления металла, подвергнутого холодной обработке, главным образом связано с наличием вакансий и внедрённых атомов.
Рис 2.2.1 Увеличение сопротивления меди, серебра и золота при бомбадировке нейтронами с энергией 12 МэВ при 12 К
2.3 Влияние излучения на оптические свойства твердых тел
При действии ионизирующего излучения изменяются оптические свойства фактически всех материалов. Эти изменения могут носить как обратимый, так и необратимый характер[5].
Обратимые изменения оптических свойств обусловлены радиационным образованием в основном промежуточных активных частиц – возбужденных состояний молекул (синглетных, триплетных, экситонов, эксимеров, эксиплексов), заряженных частиц (электрон-катионные пары, свободные и захваченные электроны, катионы и анионы) свободных радикалов, комплексов с переносом заряда и др.
Гибель промежуточных частиц в различных процессах приводит к исчезновению по истечении некоторого времени наведенного оптического поглощения.
Необратимые изменения оптических свойств обусловлены образованием или разрушением под действием ионизирующих излучений различных хромофорных групп – двойных связей, кислосодержащих групп и т.д. В органических смесях необратимые изменения оптических свойств могут быть вызваны радиационными превращениями одного из компонентов, например в растворах – разрушением красителя. В некоторых материалах необратимые изменения могут быть обусловлены стабилизированными промежуточными частицами, например в твердых матрицах – свободными радикалами.
Промежуточные активные частицы поглощают свет в более длинноволновой области, чем исходные молекулы, и имеют высокие коэффициенты экстинкции.
Рис. 2.2 Спектры пропускания фторопласта до и после облучения гамма-частицами в вакууме, доза 1 МГр.
Для определения оптических характеристик обычно используют метод импульсного радиолиза с оптической регистрацией и метод низкотемпературной спектроскопии. Качественной характеристикой исследуемого вещества служит вид оптического поглощения, а количественной – оптическая плотность при данной длине волны.
2.4 Влияние излучения на механические свойства твердых тел.
Ионизирующее излучение так же оказывает большое влияние на механические свойства твердых тел, тут имеет место и радиоактивное распухания материалов, и увеличение предела текучести, охрупчивание твердых тел. Радиационностойкими материалами называют материалы, сохраняющие стабильность структуры и свойств в условиях нейтронного облучения[5].
Рис 2.4 Схема радиационных повреждений возникающих при соударениях нейтронов с атомами кристаллической решетки
Помимо смещений большие нейтронные потоки за счет своей энергии возбуждают атомы, усиливают их колебания (это явление Инденбом назвал «радиационной тряской»), что сопровождается локальным повышением температуры. Рост температуры способствует радиационному отжигу, сопровождающемуся аннигиляцией вакансий и межузельных атомов. Высокие температуры и нейтронное облучение могут вызвать в материале ядерные реакции с образованием гелия, что в свою очередь приводит к появлению газовых пузырей по границам зерен.
Структурные изменения приводят к изменению механических свойств. В результате при температуре ниже температуры рекристаллизации — низкотемпературного облучения — металл упрочняется, но теряет вязкость и пластичность. Влияние суммарного нейтронного потока Ф на временное сопротивление, предел текучести и пластичность при 20 °С аустенитной хромоникелевой стали приведено на рис 2.4.1 Сталь приобретает максимальное упрочнение при Ф = 3·1019 нейтрон/см2, причем σ0,2 растет интенсивнее σв, что приводит к снижению способности к деформационному упрочнению.
Рис 2.4.2 Изменение механических свойств стали при облучении нейтронами
Объем материалов большинства материалов, облученных при рабочей температуре 450 °С, линейно растет с увеличением нейтронного потока (рис. 2.4.3). Объем может увеличиться на 20 % и более. Распухание усиливается в результате скопления в микропорах газов, образовавшихся при облучении.
Рис. 2.4.3 Влияние нейтронного облучения на относительное увеличение объема