Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
зом пара Френкеля исчезает и восстанавливается идеальная кристаллическая структура. Примерно через 100 пикосекунд после распада атома плутония рекомбинирует до 70 % пар Френкеля.
Как видно из рис. 6, оставшиеся дефекты объединяются в кластеры, главным образом в небольшие дислокационные петли. Некоторое количество изолированных вакансий также остается. Кластеры вакансий в конечном счете приводят к образованию зародышей пор и их последующему росту.
Широко было исследовано макроскопическое распухание металла вследствие роста пор - распухание за счет пустот. Стало понятно, что это явление происходит во всех металлах в определенном диапазоне температур и при любом облучении, которое приводит к повреждениям со смещениями, в том числе и при облучении нейтронами (при облучении электронами каскады столкновений не создаются, образуются лишь изолированные пары Френкеля).
Если распухание за счет образования пустот - обычное явление, то нет основания считать, что этого не произойдет и в плутонии. Чтобы определить диапазон температур, в котором происходит распухание, и его величину для плутония, полезно рассмотреть фунда-
Температура при старении (0C)
Рис. 4. Оценка плотности гелиевых пузырьков
Плотность гелиевых пузырьков необходима, чтобы предсказать верхний предел уровня гелиевого распухания. Кривая показывает зависимость ожидаемой плотности для плутония от температуры. При 70 0C плотность гелиевых пузырьков составляет примерно 2-Ю14 пузырьков/см3
Рис. 5. Гелиевое распухание плутония при 70 0C
Ha нижней границе предполагается механизм роста пузырьков путем возникновения дислокационных петель; на верхней границе - механизм роста равновесных пузырьков. Ожидается, что при 70 0C гелиевое распухание будет находиться между этими двумя границами
Number 26 2000 Los Alamos Science
281
Радиационные эффекты в плутонии
Рис. 6. Образование кластеров в свинце
Этот результат моделирования показывает конечную стадию повреждений в одной части каскада столкновений в свинце. Красные шарики - это междоузельные атомы (интерстиции), а зеленые шарики означают отсутствие атомов, или вакансии. На этом кадре через 183 пс после того, как один атом получил энергию отдачи 80 кэВ, образовались два больших кластера, один из которых состоит из дислокационных петель, или плоских перегруппировок внедренных атомов (кластер красного цвета), а другой состоит из вакансий (зеленый кластер). Заметим, что в кластеры не попали лишь очень немногие вакансии и внедренные атомы.
(Неопубликованные результаты, полученные М. Дж. Катуриа и Т. Диаз де ля Рубиа, Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса, январь 2000 г.)
ментальные стороны этого явления.
При формировании пор требуются благоприятные условия для образования зародышей пор и их последующего роста. Вакансии должны быть подвижными, и должно накопиться минимальное количество гелия. Минимальная температура, при которой вакансии становятся подвижными, определяет нижний предел температур для образования пор. Верхний предел температур определяется перенасыщением концентрации возникающих при облучении вакансий. В противоположность термическим вакансиям кластеры в каскаде столкновений термодинамически неустойчивы. Co временем они постепенно растворяются. Когда концентрация термических вакансий превысит концентрацию вакансий, образующихся при облучении, распухание за счет пустот прекратится. Оба предела температур слабо (по логарифмическому закону) зависят от скорости образования смещений.
В табл. III приводятся параметры, характеризующие различные способы облучения, при которых наблюдалось распухание за счет образования пор.
Оценки для плутония (последний столбец) получены из соотношений, основанных на теоретических моделях распухания за счет образования пор.
Два способа облучения - на ускорителях и в реакторах - часто приводят к очень сходным результатам, но имеются и отличия. На ускорителях ионы металла (внедрение ионов) или ионы гелия (внедрение гелия) внедряют в образцы. Повреждения со смещениями создаются в очень тонком (несколько микрометров) слое вблизи поверхности и ограничиваются окружающим материалом. В реакторах образцы облучаются нейтронами, и повреждения равномерно распределяются в областях намного больших размеров. В результате в этих двух способах создается разное соотношение между плотностью пор и дислокаций, что приводит к различной скорости распухания. Облучение нейтронами имеет большее сходство с повреждениями, образующимися при самооблучении плутония.
На рис. 7 приведена типичная кривая распухания после облучения нейтронами (Wolfer 1984). Различаются три стадии:
первая представляет инкубационный период, в течение которого образуются зародыши пор; вторая - переходный период, в течение которого устанавливается оптимальное отношение плотностей пор и дислокаций; и третья стадия - период стационарного распухания, который завершается при достижении насыщения. Значение насыщения обычно бывает слишком высоким, чтобы оно представляло какой-либо практический интерес.
