Этюды о симметрии - Синг Дж.Л.
Скачать (прямая ссылка):
интенсивность движения атомов будет крайне мала, атомы внедрения и
вакансии начнут рекомбинировать и повреждения решетки будут "исцеляться".
В результате и свойства всего кристалла начнут возвращаться к нормальным.
Наглядным примером протекания всех этих процессов может служить
восстановление свойств меди после облучения при температуре жидкого
гелия. Измерялась электропроводность меди. Если медь - почти идеальный
металл - облучать при комнатной температуре, то радиационные повреждения
будут восстанавливаться очень быстро. Чтобы "заморозить" все повреждения
и предотвратить процессы восстановления непосредственно в момент
облучения, медь необходимо держать при температуре, ненамного превышающей
абсолютный нуль. При возрастании температуры облученных образцов примерно
до 35° К их электропроводность сильно возрастает. Пока мы еще не знаем, с
чем связано столь резкое и необратимое изменение электропроводности,
свойственное не только меди, но и другим металлам: с рекомбинацией
расположенных близко друг к другу вакансий и атомов внедрения или с
"рассасыванием" некоторых деформаций, вызванных тепловыми пиками. Это
один из важных вопросов, исследуемых в настоящее время в ряде
лабораторий.
Интересно отметить, что каждое повышение температуры сопровождается
"залечиванием" какого-нибудь "неисцеленного" повреждения. Это указывает
на существование широкого спектра различных типов дефектов, из которых
одни поддаются исправлению легче, другие - тяжелее. Известно, что даже
небольшие следы примесных атомов могут оказывать существенное влияние на
скорость восстановления. Некоторые из образовавшихся дефектов оказываются
настолько устойчивыми, что для снятия их металлы приходится нагревать до
температур, составляющих примерно половину температуры плавления.
В целом чистые металлы лучше, чем все остальные материалы, сопротивляются
радиационным повреждениям и легче восстанавливают первоначальные
свойства. Может быть, это связано с тем, что атомы в металлах наиболее
подвижны. Правда, некоторые особенности в поведении, свойственные
металлам, обнаружены при облучении и у таких валентных соединений, как
алмаз, кремний и германий, и у простых солей и окислов, например у
хлористого натрия и окисла бериллия. С другой
/
О 0,001 0,002 0,003 0,00b 0,005 0,006
Доля расщепившихся атомов
Доля расщелившихся атомов
Фиг. 3. Изменение свойств сплавов урана и алюминия, вызванное распадом
некоторых атомов урана (по данным Биллингтона из Ок-Риджской национальной
лаборатории). а - зависимость теплового сопротивления от доли
расщепившихся атомов; б- зависимость электрического сопротивления от доли
расщепившихся атомов. Квадраты, кружки и треугольники соответствуют
наблюдениям над сплавами, содержащими 5,7, 15 и 17,2 вес. % урана. По оси
ординат отложено отношение конечного значения измеряемой величины к
начальному. Так, видно, что при распаде 0,002 атомов урана тепловое
сопротивление (а) возрастает в 1,2 раза по сравнению с нормальным
значением.
138
II. Ядерная энергия
стороны, органические материалы, в особенности полимеры, на-прймер
пластические массы, крайне чувствительны к радиации, действие которой
приводит к образованию в них постоянных и не поддающихся восстановлению
повреждений. В этих случаях считают, что облучение приводит к разрыву
химических связей, которые трудно восстановить в первоначальном виде.
Большинство полимеров даже при умеренной продолжительности
Лоток дрйтронов
Ф и г. 4.
Бомбардировка меди (штриховая кривая), серебра (сплошная кривая) и золота
(пунктирная кривая) дейтронами увеличивает электрическое сопротивление
этих металлов. По оси абсцисс отложено число частиц, проходящих через
10"* см2 поперечного сечения пучка, по оси ординат - сопротивление куба с
ребром I см, выраженное в единицах 10"7 ом. Измерения проводились при
температуре 10° К.
облучения утрачивает свою пластичность. Короче говоря, свойства полимеров
почти противоположны свойствам металлов.
Какие типы радиационных повреждений существуют и чем они могут быть нам
полезны? Как мы уже знаем, на микроскопическом уровне облучение приводит
к образованию дефектов решетки. Какие изменения в макроскопических
свойствах материала вызывают эти дефекты? Предсказуемые изменения можно
разделить на четыре основных типа.
Во-первых, известно, что такие свойства, как электропроводность и
теплопроводность, зависят от того, правильна ли решетка и нет ли у нее
дефектов. Неудивительно поэтому, что при возрастании интенсивности
радиации электро- и теплопровод-
9. Действие излучения на твердые тела
139
ность материала резко падают (фиг. 3 и 4). Экспериментально было измерено
30-кратное уменьшение. К счастью, теплопроводность замедлителя не так уже
сильно влияет на работу реактора, а теплопроводность металлов в
существенно меньшей степени подвержена действию радиации, поэтому тем,
кто призван обеспечить нормальное функционирование реактора, уменьшение
