Справочник вопросов и ответов
QUOR - электронный справочник

PKA (облучение) - PKA (irradiation)

Тег: Другие предметы

A Первичный ударный атом или PKA - это атом, который смещен из своего узел решетки при облучении ; это, по определению, первый атом, с которым сталкивается падающая частица в мишени. После того, как он смещен из своего исходного узла решетки, PKA может вызывать последующие смещения узлов решетки других атомов, если он обладает достаточной энергией, или останавливаться в решетке в узле междоузлия, если это не так.

Большинство смещенных атомов в результате электронного облучения и некоторых других типов облучения являются PKA, поскольку они обычно ниже пороговой энергии смещения и не обладают достаточной энергией для смещения большего количества атомов. В других случаях, таких как облучение быстрыми нейтронами, большинство смещений происходит в результате столкновения PKA с более высокой энергией с другими атомами, когда они замедляются до состояния покоя.

Содержание

  • 1 Модели столкновений
  • 2 Модели повреждений
  • 3 Каскадное повреждение
  • 4 Ссылки
  • 5 См. Также

Модели столкновений

Атомы могут перемещаться только в том случае, если при бомбардировке получаемая ими энергия превышает пороговую энергию E d. Аналогичным образом, когда движущийся атом сталкивается с неподвижным атомом, оба атома будут иметь энергию больше, чем E d после столкновения, только если исходный движущийся атом имел энергию, превышающую 2E d. Таким образом, только ПКА с энергией больше 2E d могут продолжать вытеснять больше атомов и увеличивать общее количество вытесненных атомов. В случаях, когда PKA действительно обладает достаточной энергией для смещения других атомов, то же самое верно и для любого впоследствии смещенного атома.

В любом сценарии большинство смещенных атомов покидают свои узлы решетки с энергиями не более чем в два или три раза больше E d. Такой атом будет сталкиваться с другим атомом примерно на каждое среднее межатомное расстояние, пройденное, теряя половину своей энергии во время среднего столкновения. Предполагая, что атом, который замедлился до кинетической энергии 1 эВ, оказывается захваченным в межузельном узле, смещенные атомы обычно будут захвачены на расстоянии не более нескольких межатомных расстояний от оставленных ими вакансий.

Там есть несколько возможных сценариев энергии PKA, которые приводят к различным формам повреждений. В случае бомбардировки электронами или гамма-лучами ПКА обычно не имеет достаточной энергии для смещения большего количества атомов. Результирующее повреждение состоит из случайного распределения дефектов Френкеля, обычно с расстоянием не более четырех или пяти межатомных расстояний между межузельным переходом и вакансией. Когда ПКА получают энергию, превышающую E d от бомбардирующих электронов, они могут перемещать больше атомов, и некоторые из дефектов Френкеля становятся группами межузельных атомов с соответствующими вакансиями в пределах нескольких межатомных расстояний друг от друга. В случае бомбардировки быстродвижущимися атомами или ионами образуются группы вакансий и межузельных атомов, широко разделенных вдоль трека атома или иона. По мере замедления атома поперечное сечение образования PKA увеличивается, в результате чего группы вакансий и межузельных атомов концентрируются в конце трека.

Модели повреждений

Тепловой всплеск - это область в при котором движущаяся частица нагревает материал, окружающий ее дорожку, сквозь твердое тело за время порядка 10 с. На своем пути PKA может производить эффекты, аналогичные эффектам нагрева и быстрой закалки металла, что приводит к дефектам Френкеля. Тепловой всплеск не длится достаточно долго, чтобы позволить отжиг дефектов Френкеля.

Другая модель, названная всплеском смещения, была предложена для бомбардировки тяжелых элементов быстрыми нейтронами. При использовании высокоэнергетических PKA пораженная область нагревается до температур выше точки плавления материала, и вместо рассмотрения отдельных столкновений весь затронутый объем можно рассматривать как «плавящийся» в течение короткого периода времени. Слова «расплав» и «жидкость» используются здесь нечетко, поскольку неясно, будет ли материал при таких высоких температурах и давлениях жидкостью или плотным газом. После плавления бывшие межузельные частицы и вакансии становятся «флуктуациями плотности», поскольку окружающие узлы решетки больше не существуют в жидкости. В случае теплового всплеска температура недостаточно высока для поддержания жидкого состояния достаточно долго для релаксации флуктуаций плотности и возникновения межатомного обмена. Быстрый эффект «закалки» приводит к образованию пар вакансия-междоузлие, которые сохраняются на протяжении плавления и повторного затвердевания. Ближе к концу пути PKA скорость потери энергии становится достаточно высокой, чтобы нагреть материал намного выше его точки плавления. Пока материал плавится, атомный обмен происходит в результате случайного движения атомов, инициированного релаксацией локальных деформаций из-за флуктуаций плотности. Это высвобождает накопленную энергию от этих деформаций, что повышает температуру еще выше, поддерживая жидкое состояние на короткое время после исчезновения большинства флуктуаций плотности. В течение этого времени турбулентные движения продолжаются, так что после повторного затвердевания большинство атомов займут новые узлы решетки. Такие области называются пиками смещения, которые, в отличие от тепловых пиков, не сохраняют дефекты Френкеля.

Основываясь на этих теориях, должны быть две разные области, каждая из которых сохраняет различную форму повреждения, на пути движения. ПКА. На более ранней части пути должен возникать тепловой всплеск, и в этой области высоких энергий остаются пары вакансия-междоузлие. К концу пути должен быть всплеск смещения, низкоэнергетическая область, где атомы были перемещены в новые узлы решетки, но пары вакансия-междоузлия не сохранились.

Каскадное повреждение

Структура каскадного повреждения сильно зависит от энергии PKA, поэтому энергетический спектр PKA следует использовать в качестве основы для оценки микроструктурных изменений при каскадном повреждении. В тонкой золотой фольге при более низких дозах бомбардировки взаимодействия каскадов незначительны, и как видимые кластеры вакансий, так и невидимые богатые вакансиями области формируются последовательностями каскадных столкновений. Было обнаружено, что взаимодействие каскадов при более высоких дозах приводит к образованию новых кластеров рядом с существующими группами кластеров вакансий, по-видимому, превращая невидимые богатые вакансиями области в видимые кластеры вакансий. Эти процессы зависят от энергии PKA, и из трех спектров PKA, полученных от нейтронов деления, собственных ионов с энергией 21 МэВ и нейтронов термоядерного синтеза, минимальная энергия PKA, необходимая для создания новых видимых кластеров путем взаимодействия, была оценена в 165 кэВ.

Ссылки

См. Также

84