ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.07.2024
Просмотров: 78
Скачиваний: 0
О.А. ТРОИЦКИ Й
РАДИАЦИЯ И ПРОЧНОСТЬ ТВЁРДЫХ ТЕЛ
И З Д А Т Е Л Ь С Т В , і -о J L F - К И С Т А Н »
Ташкент—1973
531 Т 70
ГОС. П У Б Л И Ч Н А Я 1
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ I БИБЛИОТЕКА С С С Р і
Олег Александрович |
Троицкий |
|
РАДИАЦИЯ И ПРОЧНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ |
||
Редактор |
А. А к о п о в а |
|
Художник |
Э. И с х а к о в |
|
Худож. редактор М. Г у м а р о в |
||
Техн. редактор Т. А б б а с о в |
||
Корректор |
Ф. М н л ь л а н |
|
Сдано в набор 6/ХІІ—72. Подписано |
в печать |
5/1V 1973 г. Формат бумага |
84x108/32. № 2. Печ. л. 3.625. Усл. печ. л. 6.26. Уч. изд. л. 6,18. Тираж 2000 Р 04884. Издательство «Узбекистан», Ташкент, Навои, 30. Договор № 381—72.
Набрано и сматрицировано в Ташполнграфкомбинате Госкомитета Совета Министров УзССР по дела, издательств, полиграфии и книжной торговли. Отпечатано в типо графии № 7. Ташкент, Хорезмская, 9. Заказ №1000Цена 37 к.
02—3—7 055
,10—73 1 - М 351 (06) 73'
О Г Л А В Л Е Н ИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ . |
, |
|
|
|
|
г , v . . . |
5 |
||
Глава |
I ТВЕРДОЕ |
ТЕЛО |
|
|
|
|
7 |
||
§ |
1. |
Твердое состояние |
вещества |
|
|
7 |
|||
§ 2. |
Обратимые |
и необратимые деформации |
9 |
||||||
5 |
3. |
Механическая |
модель твердого |
тела |
|
П |
|||
§ |
4. |
Упорядоченное |
расположение атомов |
|
14 |
||||
§ |
5. |
Типы связей |
|
|
в металлах |
|
17 |
||
§ |
6. |
Свободные |
электроны |
|
19 |
||||
§ |
7. |
Движение атомов |
|
|
|
|
20 |
||
Глава II ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ |
22 |
||||||||
5 |
1. |
Пороговая |
энергия |
смещения атомов |
|
22 |
|||
§ |
2. |
Облучение |
различными |
типами |
частиц |
24 |
|||
§ 3. Каскад смещений атомов |
|
|
27 |
||||||
5 |
4. |
Влияние кристаллической решетки |
|
28 |
|||||
§ |
5. |
Простейшие и сложные комплексы дефектов, обра |
37 |
||||||
|
|
зующиеся при |
облучении |
|
|
||||
§ 6. Отжиг радиационных нарушений |
|
|
47 |
||||||
Глава |
III ДИСЛОКАЦИИ |
|
|
|
|
49 |
|||
§ 1. Методы испытания на прочность |
|
49 |
|||||||
§•'2. Дислокации и |
скольжение |
|
|
53 |
|||||
§ |
3. |
Скорость движения |
дислокаций . |
|
58 |
||||
§ |
4. |
Переползание |
дислокаций |
|
|
61 |
|||
§ |
5. |
Упругие свойства дислокаций |
|
|
63 |
||||
§ |
6. |
Силы, действующие |
на |
дислокации . . . . . . . |
65 |
||||
§ |
7. |
Взаимодействие дислокаций |
|
. . |
67 |
||||
§ |
8. |
Размножение |
дислокаций |
|
деформации. . |
71 |
|||
§ |
9. |
Упрочнение |
в |
процессе |
пластической |
73 |
|||
Глава IV ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ |
|
'Л . . |
77 |
||||||
§ |
1. |
Термодинамика |
точечных дефектов |
|
77 |
||||
§ 2. Энергия образования точечных дефектов |
78 |
||||||||
§ |
3. |
Искажения |
решетки |
вокруг точечных |
дефектов . . |
78 |
§ |
4. |
Образование |
точечных |
дефектов при |
пластической |
79 |
||||||
|
|
деформации |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
§ |
5. |
Образованно |
точечных |
дефектов |
при |
закалке . . . |
81 |
|||||
§ |
6. |
Образование |
точечных |
дефектов |
при |
облучении . . |
82 |
|||||
§ |
7. |
Взаимодействие точечных дефектов с дислокациями |
84 |
|||||||||
§ |
0. |
Участие точечных |
дефектов во внутреннем трении . |
86 |
||||||||
§ |
9. |
Простейшие |
комплексы |
точечных |
дефектов |
87 |
||||||
§ |
10. |
Процессы диффузии |
|
|
|
|
|
|
92 |
|||
Глава V ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕР |
|
|||||||||||
|
|
ДЫХ ТЕЛ ПРИ |
ОБЛУЧЕНИИ. |
|
|
|
94 |
|||||
§ |
1. |
Действие |
облучения |
па |
упругую |
деформацию . . . |
94 |
|||||
§ |
2. |
Влияние |
облучения |
на |
внутреннее трение . . . . |
98 |
||||||
§•3. |
Изменение пластичности твердых.тел при облучении |
99 |
||||||||||
§ |
4. |
Влияние |
облучения |
|
на |
ползучесть |
и |
релаксацию |
|
|||
|
|
напряжении |
|
|
|
|
|
|
|
|
101 |
|
Глава V-I НЕКОТОРЫЕ |
МЕХАНИЗМЫ |
РАДИАЦИОННО- |
|
|||||||||
|
|
МЕХАНИЧЕСКОГО |
ЭФФЕКТА |
|
|
|
104 |
|||||
§ |
1. |
Фононные |
механизмы |
торможения дислокаций . . |
105 |
|||||||
§ |
2. |
Электронные |
механизмы |
торможения |
дислокаций . |
107 |
||||||
§ |
3. |
Электропластический |
эффект |
|
|
|
108 |
|||||
§ 4. |
Некоторые дополнительные механизмы радиационно- |
111 |
||||||||||
|
|
механического эффекта |
|
|
|
|
||||||
ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
116 |
ПР Е Д И С Л О В И Е
Впоследние годы бурно развиваются новые направ ления науки и техники, связанные с освоением около
земного и далекого |
от нас |
космического пространства. |
Д л я нового раунда |
в развитии науки характерны две |
|
черты — во-первых, |
человек |
столкнулся с новыми, ранее |
неизвестными, факторами действия среды; во-вторых, в связи с действием этих новых факторов приходится пе реоценивать все материальные научные ценности и до стижения предыдущих лет, заново создавать приборы,
испытательные машины и |
методики |
исследования. |
К новым факторам в первую очередь относятся об |
||
лучение частицами высоких |
.энергий |
и высокий косми |
ческий вакуум. В настоящей книге мы коснёмся, в ос новном, первого фактора, причём разберём только один частный, впрочем наиболее важный вопрос о влиянии
радиации на прочность твёрдых тел. |
|
В этой книге мы будем оперировать физическими мо |
|
делями, пытаясь в микроскопическом атомном |
масштабе |
разобраться в вопросе, к а к быстрые частицы, |
налетаю |
щие на твёрдое тело, двигаются в его кристаллической решетке, взаимодействуют с атомами в узлах кристал лической решетки, выбивают их, заставляют их самих двигаться с большими скоростями, внося хаос и беспо рядок в структуру твёрдого тела, как в конечном итоге изменяется прочность твёрдых тел при облучении.
Микроскопический атомный подход к наблюдаемым явлениям всегда был единственно правильным научным подходом, и ие беда, что он все чаще стал применяться в научно-популярной литературе. Путь от простого к сложному целесообразен в любом научном труде, будь
то |
серьезная научная литература или |
научно-популяр |
|||
на л |
книга. |
|
|
||
|
Д л я |
анализа явлений, происходящих |
в |
твёрдом те |
|
ле |
и |
на |
его поверхности, необходимо сначала |
разобрать |
ся в его структуре, в природе его «кирпичиков», т. е. представить себе достаточно сложную статистическую
картину — систему, находящуюся |
в неподвижном |
состо |
|||||
янии,— кристаллическую |
решетку |
атомов, |
точнее |
ядер |
|||
и электронов |
вокруг них. |
Затем надо перейти к динами |
|||||
ческой картине |
и учесть, |
что атомы |
могут |
двигаться и |
|||
не только около положений равновесия, но и |
на далекие |
||||||
расстояния |
по |
решетке, |
осуществляя |
так |
называемую |
диффузию атомов. Вместе с атомами или отдельно от них могут двигаться т а к ж е электроны. В этой динами ческой картине твердое тело выступает уже как кван товая система. В этой области мы остановимся лишь на бесспорно важном, твердо установленном и изученном физиками.
Г Л А В А 1
ТВ Е Р Д ОЕ ТЕЛО
§1. Твердое состояние вещества
Твёрдое тело |
представляет собой совокупность ато |
|||
мов или |
молекул, |
взаимодействие которых |
между |
собой |
и с внешней средой обусловливает бесконечное |
разно |
|||
образие |
свойств |
и поведение твёрдых тел. |
Атомами и |
электронами в твёрдом теле управляют законы кванто
вой |
механики |
и статистические |
законы (в силу многочис |
|||||
ленности частиц в твёрдом теле) . |
|
|
||||||
Предшественниками твердого состояния вещества яв |
||||||||
ляются жидкое и газообразное |
состояния. В газах |
ато |
||||||
мы |
или |
целые |
молекулы, состоящие из нескольких |
ато |
||||
мов, |
летают |
как |
отдельные |
снаряды, |
сталкиваясь и |
|||
взаимодействуя |
между |
собой |
и с границами, в которые |
|||||
помещен |
газ, |
например, |
со стенками сосуда. Д л и н а |
сво |
||||
бодного |
пробега |
таких |
снарядов довольно |
большая, |
они |
практически не взаимодействуют друг с другом до мо мента столкновения. При столкновениях энергия их
перераспределяется, одни теряют скорость, другие, |
на |
||||||
против, |
увеличивают свою |
энергию |
и скорость |
за |
|
счет |
|
других. Общей тенденцией в таком коллективе |
является |
||||||
стремление разлететься в разные стороны |
и, не |
будь |
|||||
.стенок сосуда или камеры, |
газ растворился |
бы |
в |
окру |
|||
ж а ю щ е й |
атмосфере без следа. |
|
|
|
|
|
|
Если оставить газ заключенным в сосуд и |
сильно |
||||||
понизить |
его температуру |
внешним |
охлаждением, |
то |
кинетическая энергия молекул уменьшится, начнут ска зываться силы взаимного притяжения. При достаточно низких температурах газ начинает конденсироваться в
жидкость . |
Этот процесс |
можно |
ускорить, |
с ж и м а я |
газ |
(при этом |
добавочно его |
о х л а ж д а я в. связи |
с тем, |
что |
|
.сжатие приводит к нагреванию |
г а з а ) . В жидкости |
ато- |
мы и молекулы упакованы настолько плотно, что не спо
собны передвигаться, не |
тревожа при этом своих |
бли |
||||
ж а й ш и х |
соседей. |
Тем |
не |
менее, жидкость |
обладает |
|
свойствами текучести, |
т. |
е. образовавшийся |
плотный |
|||
конденсат |
атомов |
молекул |
не имеет стабильности, |
или |
обладает ею только в короткие промежутки времени,
постоянно приходя |
в движение |
д а ж е под |
действием |
собственного веса. |
Ни о каком |
дальнем |
порядке в |
структуре такого конденсата не приходится говорить и существует лишь более или менее чётко выраженный ближний порядок, т. е. какое-то определенное число со седей около каждого атома.
При дальнейшем понижении температуры жидкость переходит в твёрдое состояние. При этом ближний поря док мало чем изменяется, поскольку плотность твердых и жидких тел практически не отличается, но возникает
новое важное свойство конденсата — прочность |
образо |
||||||
ванной структуры |
атомов |
в силу того, что они |
не |
могут |
|||
перемещаться |
с |
прежней |
легкостью. |
Нельзя |
сказать, |
||
чтобы в твердом теле движение |
остановилось полностью. |
||||||
Движение есть, но оно сводится |
к колебаниям |
вокруг |
|||||
фиксированных положений равновесия, от которых |
атомы |
||||||
без активного |
внешнего |
воздействия |
далеко |
не |
уйдут. |
Д а ж е при абсолютном нуле температур, по расчётам тео ретиков атомы должны совершать некоторые нулевые колебания, связанные с квантовой природой твердого тела.
Что ж е может заставить атомы в твердом теле дви гаться? Температура. Повышая температуру твердого
тела и |
увеличивая |
тем |
самым |
амплитуду колебаний |
||
атомов, |
можно заставить |
весь |
коллектив атомов |
перей |
||
ти опять в жидкое |
состояние |
или |
в состояние, |
близкое |
к жидкому, когда атомы будут легко покидать свои ме ста, двигаться к поверхности или каким-либо внутрен ним поверхностям раздела. Это тривиальная и могучая сила, которая сближает твердое и жидкое состояние ве
щества. |
|
|
|
|
Однако |
предметом |
рассмотрения |
в настоящей |
кни |
ге будут другие силы, которые т а к ж е заставляют |
атомы |
|||
двигаться. |
Это, в первую очередь, бомбардировка |
твер |
||
дого тела |
энергичными |
частицами, |
которые проникают |
в глубь тела и пронизывают его насквозь, вызывая сме щение атомов, заставляя смещенные атомы самим ста-