chapter6 辐照效应 part1幻灯片.ppt

* * * * * Cross slip induced by dislocation-defect interaction pile-ups 辐照损伤 辐照效应和辐照损伤 聚焦与沟道是相互补充的碰撞行为，即沟道效应多发生在PKA串级链的高能阶段，而聚焦碰撞则发生在低能阶段。 聚焦碰撞 聚焦碰撞：所谓聚焦是指级联碰撞时，每级离位原子的散射角逐级减小，并按某一晶向（多为原子密排方向）以准直线方式传递能量和输送原子的碰撞过程。 特点： 1）能量损失大，缺陷生成少；2）PKA能量沿聚焦轴可传输到较远的地方，并使空位和间隙原子相隔较远，二者复合概率减少； 3）在密排原子列上产生动力挤塞子，即在n个点阵节点之间挤进了(n+1)个原子 辐照损伤 辐照效应和辐照损伤 当已知入射中子总数、一个中子产生的PKA数、一个PKA产生的离位原子数这三个量后，即可求出离位原子总数Nd 有了Nd，就可得到每个原子的平均离位次数（或每个原子被离位的概率dpa） 级联碰撞离位原子数（离位损伤剂量）的计算-dpa 辐照损伤剂量（dpa）：dpa=displacement per atom是辐照损伤程度的一种度量单位，它表征了每个原子的平均离位次数（或每个原子被离位的概率） 一般地，对于特定反应堆的特定位置，可知其中子通量（n/cm2?s），乘以时间便可知其中子注量（n/cm2），由此可知辐照损伤剂量dpa 对于钢材：（1~2）?1021 n/cm2的辐照注量产生1dpa的辐照损伤 练习题： 仔细阅读教材p.141 第6.1.9节 级联碰撞离位原子数的计算，然后，自己推导辐照损伤剂量的计算公式。 CIAE，龙斌 核工业研究生院 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 龙 斌 教授 核工业研究生部 China Institute of Atomic Energy, 102413, Beijing, China 反应堆材料学 Materials for Nuclear Application China Institute of Atomic Energy, 102413, Beijing, China 辐照效应 Irradiation Effects on structural materials part1 辐照效应和辐照损伤 核反应堆结构材料的一个显著特点就是会受到各种射线的辐照，这是它与其它工业材料的最大不同之处。 一般冶金学从热力学平衡的角度研究材料的变化，所涉及的能量只有几个乃至几十个eV 核能相关的射线能量一般都非常高，中子射线的能量达到keV~MeV数量级，相差近百万倍 这些高能射线在材料中将会产生许多特殊的辐照效应，对其结构乃至物性产生重大的影响 辐照效应 辐照效应和辐照损伤 辐照损伤是指材料受载能粒子轰击后产生的点缺陷和缺陷团及其演化的离位峰、层错、位错环、贫原子区和微空洞以及析出的新相等。这些缺陷引起材料性能的宏观变化，称为辐照效应。 辐照效应 两种主要的辐射 对于结构材料：?射线、?射线和?射线对金属的损伤可忽略，辐照损伤主要来源于中子的辐照； ?射线对高分子材料有损伤作用，会导致诸如电缆的老化； 对于燃料材料：其损伤主要来源于裂变产物 辐照效应 辐照效应和辐照损伤 射线的种类 中性粒子：中子、?射线（光子） 带电粒子：?粒子（He核）、质子、电子（包括?） 高能原子和离子：裂变产物、一次碰撞反冲原子以及加速的离子 辐照效应 辐照效应和辐照损伤 辐照损伤（irradiation damage)-类型 过渡效应（电离效应）：是指反应堆内产生的带电粒子和快中子撞出的高能离位原子与靶原子轨道上的电子发生碰撞，而使其脱离轨道的电离现象。 对于金属材料来说，这些效应最终主要转换成热量释放，一般不会给材料结构带来什么变化。 过渡效应所产生的热效应对于 材料的辐照行为具有不可忽视的影响 高能射线对材料产生的辐照损伤效应，按其作用时间的长短，可分为三类 辐照效应和辐照损伤 可逆效应（离位效应）：材料中的原子受到射线辐照后，有可能被弹击出原来的晶格位置，产生晶体缺陷，从而影响材料的性能。 具体来说：中子与材料原子发生碰撞，如果传递给阵点原子的能量超过某一最低阈能，这个原子就会离开它在点阵中的正常位置，在点阵中留下空位。当这个原子的能量在多次碰撞后不能再引 起另一个阵点原子位移时，该原子会 停留在间隙形成一个间隙原子。 由于可以通过适当温度的退 火来消除这些因辐照产生的晶体缺陷， 故称之为“可逆效应” 金属材料中的过渡效应是一种暂态效应，而可逆效应则是一种累积效应，它与射线的辐照剂量有密切的关系 辐照效应 辐照效