Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Хотя эти общие особенности наблюдаются во многих металлах и сплавах (Gamer 1994), имеются большие различия, в частности, в продолжительности переходного периода, который может включать от нескольких до 100 смещений на атом. Металлы высокой чистоты, имеющие гцк структуру, распухают почти мгновенно. В хорошо отожженных материалах с первоначально низкой плотностью дислокаций, большим размером зерен и низкой плотностью выделившихся фаз распухание начинается сразу же после инкубационного периода. Как установлено позже, продолжительность последнего примерно равна времени, необходимому для накопления гелия, образовавшегося в процессе ядерных превращений, в количестве 5-10 appm (Wiedersich, Hall 1977). Однако примеси кислорода выше предела растворимости также могут сократить инкубационный период (Zink-Ie et al. 1987).
Материалы после холодной обработки с первоначально высокой плотностью дислокаций обычно имеют длительные переходные периоды. Однако исходная плотность дислокаций не остается постоянной. Она изменяется в процессе облучения и достигает нового стационарного значения, определяемого условиями облучения (Wolfer и Glasgow 1985). При достижении этой стационарной плотности вакансионное распухание может протекать со стационарной скоростью.
Характерной особенностью этого устойчивого состояния является то, что между плотностью дислокаций и плотностью пор существует определенное соотношение. В действительности дислокации являются основной причиной распухания за счет пор. Они притягивают междоузельные атомы несколько больше, чем вакансии, и поэтому обла-
282
Los Alamos Science Number 26 2000
Радиационные эффекты в плутонии
Таблица IN. Сравнение различных способов облучения
Параметр облучения Ускоритель Реактор- Реактор на тепловых Плутоний
Облучение ионами Внедрение гелия бридер нейтронах
Мощность дозы (сна/с) Ю'3 10'3 10'6 10"7 10'9
Скорость накопления He (аррт/сна) Последовательное3 1000 1 15 400
Гомологическая температура 0,45-0,65 0,45-0,65 0,35-0,55 0,3-0,4 0,25-0,45
аИоны He внедряются в материал до бомбардировки тяжелыми ионами.
дают склонностью к предпочтительному поглощению преимущественно междоу-зельных атомов (интерстиций). Напротив, поры, которые также поглощают интерстиции, являются более нейтральными или менее предпочтительными.
Разность этих тенденций или “пре-ференс” AB является основной движущей силой распухания за счет образования пор. Максимально возможное разделение вакансий и интерстиций в соответствии с этим “преференсом” реализуется лишь при равном относительном содержании пустот и дислокаций. Это состояние называют состоянием равенства стоков. На начальных этапах вакансионного распухания относительное содержание дислокаций выше и скорость распухания меньше, чем она могла бы быть. При очень больших значениях распухания, а следовательно, и размера пор они являются основным стоком, и скорость распухания снова уменьшается.
В работе Гарнера и Уолфера (1984) показано, что верхнюю границу скорости распухания за счет пор можно получить, когда существует равенство стоков. В результате
где т - время, оцениваемое числом смещений на атом (в реакторе нейтронный поток создает повреждения со скоростью, выражаемой в единицах смещений на атом в секунду. Поэтому при постоянном потоке количество смещений на атом пропорционально времени).
Сниговский и Уолфер (1984) развили теорию, чтобы описать преференс из фундаментальных свойств кристаллической решетки и дефектов. Двумя наибо-
лее значимыми параметрами являются так называемые релаксационные объемы междоузельного атома и вакансии, которые можно либо измерить, либо определить путем расчетов атомных дефектов. На рис. 8 показаны теоретические результаты Сниговского и Уолфера для преференса.
В табл. IV сравниваются измеренные скорости установившегося распу-
хания с оценками верхних границ. Из сравнения видно, что в обоих случаях наблюдаются одинаковые тенденции, а именно, скорость установившегося распухания близка к максимально возможному значению и металлы с оцк структурой распухают меньше, чем металлы с гцк структурой.
Гцк фаза плутония, или 6-фаза, проявляет некоторые необычные свойства,
Доза смещений (сна)
Рис. 7. Различные стадии радиационного распухания вследствие образования пор
Показано увеличение объема (в %) вследствие вакансионного распухания в зависимости от времени облучения (в сна). Инкубационный период в общем случае определяется временем, необходимым для накопления около 5-10 атомных частей гелия на миллион в результате ядерных превращений. Переходный период может составлять от нескольких единиц до 100 смещений на атом в зависимости от кристаллической структуры, состава сплава, начальной плотности дислокаций, эволюции выделений и температуры облучения. Стационарная скорость определяется главным образом фундаментальными свойствами кристаллической решетки, вакансий и междоузельных атомов (интерстиций)
Number 26 2000 Los Alamos Science
283
Радиационные эффекты в плутонии
Объем релаксации междоузельных атомов
