Этюды о симметрии - Синг Дж.Л.
Скачать (прямая ссылка):
сплошной линией, траектории атомов - пунктирными)-, $ - конечный
результат; решетка с вакансиями-и атомами "внедрений",
134
II. Ядерная энергия
решается просто: мы имеем здесь дело с межатомными силами, а не с
привычным столкновением шаров. Когда быстро движущийся атом начинает свой
стремительный бег сквозь толпу окружающих его атомов, он сталкивается с
каждым из них лишь мимолетно и не успевает передать им значительный
импульс, поэтому выбить какой-нибудь атом с занимаемой им в решетке
позиции наш атом может лишь случайно. Если же путешествующий атом снижает
свою скорость, то межатомные силы получают
Ф и г. 2.
Картина радиационных повреждений решетки урана, помимо дефектов, уже
известных нам из рассмотрения решетки графита, усложнена появлением еще
одного дополнительного фактора. Иногда ядра урана захватывают нейтрон,
что приводит к делению ядер урана. Продукты деления могут вызвать гораздо
более сильные повреждения решетки,
чем первичные нейтроны.
все больше и больше времени для действия, и наш атом сдвигает со своих
мест все больше и больше атомов решетки. Наконец, когда его скорость
падает ниже определенного предела, он передает оставшуюся энергию той
группе атомов, которая в этот момент встречается на его пути. В
результате крохотный участок решетки внезапно разогревается до высокой
температуры (иногда до 10000°С). Это явление, называемое "тепловым пиком"
или "пиком смещения", длится всего лишь около 1/100 000 000 сек, но тем
не менее может привести к повреждениям или деформации кристалла.
Эффекты, сопровождающие тепловой пик, чрезвычайно сложны и пока еще до
конца не поняты. По-видимому, в крохотной "пиковой" области происходит
плавление. Данные, свидетельствующие о плавлении, были получены в
экспериментах по облучению тщательно приготовленного сплава меди и цинка.
Атомы срлцвц были расположены в узлах правильной решетки,
9. Действие излучения на твердые тела
135
в которой каждый атом меди окружен восемью атомами цинка и наоборот.
Бомбардировка сплава нейтронами производилась при низких температурах
(вблизи температуры жидкого гелия) для того, чтобы "заморозить" любые
изменения в решетке. Последующие анализы показали, что расположение
атомов стало хаотичным, причем большинство нарушений порядка пришлось на
области тепловых пиков.
Помимо плавления нагретые области расширяются. Такое раздувание их
приводит к деформациям кристалла; некоторые из деформаций, по-видимому,
сохраняются и после остывания горячих областей. Таким образом, материал
вокруг тепловых пиков оказывается деформированным.
Повреждения, которые наносят облученному кристаллу такие пики, очень
трудно отличить от повреждений, вызванных простым смещением атомов. В
металлах пики как источник повреждений играют, по-видимому, более важную
роль, чем в графите, потому что у более тяжелых элементов атомы отдачи
обладают большей энергией, когда образуют пики, и, следовательно, на
повреждения кристаллической решетки могут затрачивать большую долю своих
энергетических ресурсов. В случае же графита движущиеся атомы углерода
успевают израсходовать на смещение встречных атомов почти всю свою
энергию, прежде чем их скорость упадет настолько, что станет возможным
образование пиков. Наши вычисления показывают, что наиболее
"разрушительная" часть пробега атомов отдачи в графите приходится на
скорости, соответствующие энергиям 100 000- 10 000 эв.
Итак, ясно, что радиация может приводить к образованию разнообразных
дефектов в кристаллической решетке, в силу чего и повреждения в
облученном материале могут быть самыми разнообразными.
Описывая разрушения, производимые радиацией в твердых телах, мы обращали
основное внимание на графит, но многое -из того, что было сказано, в
равной мере относится и к металлическому топливу в реакторе (фиг. 2).
Носитель разрушений остается тем же самым - быстро движущиеся частицы.
Основное различие состоит в том, что в уране среди бомбардирующих частиц
главную роль играют не нейтроны, а продукты деления. Тяжелые осколки ядер
урана сталкиваются с атомами кристаллической решетки намного сильнее, чем
нейтроны, и передают атомам в среднем в 1000 раз больше энергии,: поэтому
и повреждения в уране намного больше, чем в графите. Кроме того,
превращение части урана при делении в другие элементы также уменьшает
прочность металла. К счастью, металлы обладают вязкостью и могут
выдерживать большие нагрузки, в особенности если противостоять нагрузкам
требуется не слишком долго.
156
//. Яверная энергия
Рассмотрим теперь способность материалов восстанавливать радиационные
повреждения. Обычно смещенные атомы пытаются вернуться в положение, более
или менее напоминающее то, которое они занимали в решетке до облучения, и
таким образом восстановить свои первоначальные свойства. Процессы
восстановления лучше всего изучать при низких температурах. Если
поврежденный материал выдерживать при такой температуре, при которой
