Файл: Троицкий О.А. Радиация и прочность твердых тел.pdf

Таким образом, выбитый атом или осколок ядра ста­ новится многократно ионизированным. В силу этого на него будут действовать очень сильное электростатичес­ кое и электромагнитное торможение в решетке. С умень­ шением кинетической энергии снаряда уменьшится и' степень его ионизации. В конце своего пути атом или осколок ядра приобретет электроны и станет нейтраль­ ным. Однако до полной остановки в решетке он еще до­ ставит много беспокойств соседям, взаимодействуя с ни­ ми подобно бильярдным шарам . Только в этом случае сталкивающиеся сферы у ж е будут ограничены элек­ тронными оболочками атомов.

§ 3. Каскад смещений атомов

После первых произведенных смещений, иницииро­ ванных энергичными частицами, процесс выбивания атомов может продолжаться по цепной реакции, пока энергия налетевшей частицы не будет полностью поде­ лена между узлами решетки. В отдельных случаях, при больших энергиях бомбардирующих нейтронов, каскад смещений оказывается настолько велик, что можно уверенно говорить о локальном расплавлении решетки. Такие области могут иметь протяженность в несколько десятков и сотен межатомных расстояний. На рис. 2 был показан поврежденный участок решетки, который можно рассматривать как локальное расплавление ре­ шетки.

воздействием осколков ядер. Около 20 сортов атомов могут раскалываться под воздействием нейтронного об­ лучения, т. е. при неупругом рассеянии нейтронов и за­

вышает заряд электрона. При этом, по рассмотренному выше механизму, возникает сначала сильное электрон-

мое торможение, а затем смещение атомов. Число пер­ вично выбитых атомов оказывается равным нескольким десяткам, а поскольку каждый из этих атомов несет энергию в 40—60 Мэв, то они сами становятся источ­ ником новых смещений и окончательное число выбитых атомов составляет уж е 10'1—105 атомов, т. е. происходит лавинообразное накопление смещенных атомов после каждого распада ядра и образования осколков деле­ ния.

ности процесса локальное расплавление решетки носит условный характер. Можно лишь говорить о практичес­ ки мгновенно возникающем хаосе и перемешивании ато­ мов в локальных участках кристаллической решетки. О структуре этих мест решетки после облучения известно мало. Наиболее вероятно они содержат вакансии с вы ­ сокой плотностью распределения и окружены кольцевой областью с повышенной концентрацией внедренных ато­ мов.

§4. Влияние кристаллической решетки

До этого мы рассматривали действие облучения на

теле расположены упорядочение, откуда собственно и

плотной упаковки атомов в решетке, причем этот про­ цесс в некоторых случаях может конкурировать с кас­

в двух других вершинах. Причина этого явления заклю ­

приобретенную энергию соседям по решетке в направ­ лении удара . Следовательно, в изотропных средах сле­ дует ожидать по тем ж е направлениям'возникновения цепочки возбужденных атомов. В противоположность этому, в анизотропных периодических структурах, на­ пример, в кристаллах лидия, кадмия, цинка и др., дальнейшие столкновения могут произойти в самых неожиданных направлениях, однако всегда связанных с наиболее плотными рядами атомов.

Чем объясняется предпочтительность плотных направле­

2,66 А

Р и с . 3. Схема атомных столкновении в решетке цинка. Направление неплотной упаковки N—N;

плотной упаковки Лі—М.

ложения равновесия и движется в направление удара до соприкосновения со сферой второго атома. В момент соп­ рикосновения шаров направление импульса резко изменяется, причем новое направление задается прямой, соединяющей точку касания шаров с центром еще не возбужденного ато­ ма. Дальнейшее распространение импульса зависит уже ис­ ключительно от свойств самой цепочки (например, от энер­ гетической выгодности и емкости направления). При боль­ шом межатомном расстоянии вдоль ряда N— N передача быстро расстраивается, поскольку последовательные столк­

Таким образом, несмотря на то, что углы первичного удара могут лежать в известном интервале значений (при­ мерно v = 0 -г- 30° от кристаллографического направления) в случае плотной упаковки процесс заканчивается линей-

ным распространением импульса вдоль цепочки атомов. Сле­ довательно, происходит фокусировка импульса вдоль опре­ деленного кристаллографического направления.

Теперь, когда стало понятным происхождение экзо­ тического слова «фокусом», уместно задать вопрос, реа­

внутреннем трении, при распылении, растворении твер­ дых тел и т. д.

Впервые Венер, распыляя монокристаллы Pt, Ag, W, Mo и a — Fe ионами ртути, наблюдал на коллекторе вблизи распыляемого образца осадки в виде симметричных пятен, соответствующих плотным направлениям кристаллической решетки.

Оказалось, что возмущение, вызванное ионной бом­ бардировкой, более эффективно передается вдоль плотноупакованных направлений, т. е. за счет фокусонов. В результате наибольшие импульсы получают поверхност­ ные атомы в плотных рядах и именно они формируют пятна Венера.

Рассмотрим, как фокусирующиеся столкновения мо­ гут конкурировать с каскадным процессом. Если в не­ которых из соударений атомов в ходе каскада направ ­ ления удара приходятся вдоль плотного направлениярешетки, то по этому направлению начнется предпочти­ тельная передача импульса и энергия из «пика смеще­ ния» частично будет потеряна. Если учесть еще то обстоятельство, что плотных направлений в кристалличес­ кой решетке довольно много, а форма «пика смещения» шарообразная или овальная, то таких ручейков, исто­ щающих основной резервуар энергии, будет много. В результате энергия, выделившаяся первоначально в чрезвычайно узкой области решетки, неизбежно расте-