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

вычайно

сложные

процессы, которые

зачастую

конку­

рируют

между собой. Исход облучения

зависит от многих

факторов — в первую

очередь

от

типа

кристаллической

решетки,

от

типа

частиц,

от

энергии

и интенсивности

облучения, а т а к ж е

от температуры

опыта. На

второе

место можно

поставить

такие

факторы,

как

направ­

ление

облучения

внутри

кристаллической

решетки

и

степень

ее

дефектности.

Под

действием

облучения

в

ния, в зависимости

от

действия перечисленных

факто­

ров. Могут

д а ж е

не

возникать смещения

атомов

и дело

ограничивается

лишь

возбуждением кристаллической

решетки и

системы

свободных электронов

(в

металлах) .

Это случай

чистого

радиационного

нагрева.

Но

могут

т а к ж е произойти

катастрофические

явления,

близкие к

локальным

расплавлениям кристаллической

решетки,

чечных

дефектов.

Простейшими

радиационными дефектами

являются

вакансия и междоузельные или внедренные

атомы. Во

время

облучения

возникают обычно

внедренные

атомы

и вакансии одновременно, поскольку

выбивание

атома

из положения равновесия в решетке сопряжено с тем, что

в этом

месте решетки возникает пустое место или

ва­

кансия.

В силу того, что окружающие атомы имеют

воз­

можность релаксировать

и занять

вакантное место,

а

внедренный атом в свою очередь может начать

движе­

ние по решетке, итог облучения сразу предсказать

труд­

но. В зависимости от температуры

материала

и

типа

кристаллической решетки

часть дефектов может

вооб­

ще исчезнуть, аннигилируя на противоположных

по

ти­

пу дефектах, сливаясь с дислокациями или выходя

на

поверхность.

ной

плоскости. Это искажает решетку, создает

внутрен­

ние

напряжения

и затрудняет

пластическую

деформа­

цию материала.

Вместе с

тем

процессы

объединения однотипных де­

фектов могут

не

заходить

так

далеко (до образования

чивается

скоплением

вакансий

в одних областях

решет­

ки и внедренных

атомов в других. Такие процессы

чаще

всего наблюдаются, если в твердом

теле

существует

неравномерное

распределение

внутренних

напряжений.

В

этом

случае

вакансии стремятся

сконцентрироваться

в

сжатых

областях

решетки,

а внедренные атомы — в

растянутых. Причину этого понять

нетрудно — посколь­

ку

с

вакансиями

связано появление «пустоты» в решет­

ке,

они

стремятся перейти в область,

где имеется

лиш­

ний

материал

и

напряжения

сжатия .

Прибытие

вакансий

в эти

области р а з р я ж а е т

обстановку и

стаби­

ренные

атомы

стремятся в

растянутые области.

Именно

в этих

областях они могут

более

свободно

разместиться

и легко

перемещаться,

поскольку

каждый

внедренный

атом вносит тесноту в решетку и

бесцеремепно

растал­

кивает

своих

соседей,

создавая

локальные

перенапря­

жения

сжатия.

Теоретики оценили энергию образования и движения

вакансий и внедренных

атомов для плотноупакованных

падает

с энергией

активации ее движения и равна

~ 1 эв.

Что

касается

внедренных атомов, то энергия их

образования

составляет

~ 5 зе,

а энергия активации

движения — всего 0,1

эв.

Расчеты

энергии образования

теплового возникновения этих дефектов. Из

приведен­

ных

данных видно, что

внедренные атомы

образуются

в пять раз труднее, а двигаются

в десять раз

легче. От­

сюда

вывод — вакансии

должны

встречаться

в решетке

гораздо

чаще, чем

внедренные

атомы. Внедренные

ж е

атомы

с трудом

возникают и быстро исчезают. Во

вре­

мя облучения

вероятности возникновения

внедренных

атомов

и вакансии

примерно

одинаковы,

поскольку . в

лом решетки

возникает внедренный

атом

и

вакансия.

При этом, как указывалось, затрачивается

энергия при­

мерно 25 эв

(в силу динамичности

процесса).

Однако

кансии перемещаются с энергией активации ~

1 эв, а

внедренные

атомы ~ 0,1 эв. Таким образом,

внедрен­

ные атомы

при данном уровне теплового возбуждения

ние и закончить свой путь, объединившись со

своей или

чужой вакансией, либо выйдя на поверхность

образца,

на линию дислокации или в растянутую область

решет­

ки. Практически дело выглядит так. Внедренные

атомы

начинают быстро двигаться, лихорадочно искать

место

в решетке, где избыточная энергия, связанная

с

их

су­

ществованием, могла бы разрядиться. Вакансии

ж е

в

можно было бы ожидать, что

каждый

партнер

найдёт

свой или

чужой

антипод и аннигилирует на нем, т. е.

никакого

остаточного

эффекта

не было

бы. Однако в

действительности

это не происходит,

и

основная

причи­

на остаточных явлений

в облученных

материалах зак­

лючается

именно

в разных энергиях

активации

движе ­

ются лишь

объединения вакансий.

Внедренные

атомы

и их — ансамбли — более редкое

радиационное

повреж­

дение

и их

существование может быть

обусловлено

только

сохранением облученных

образцов

при

очень

низких

температурах

(в большинстве

случаев единицы

и десятки

градусов

Кельвина),

когда

энергия

тепло­

вых колебаний узлов

кристаллической

решетки еще

мала .

о

6-

в

.2

Р и с.

5. Положение внедренного атома и грансцентрировашюй

(а),

объёмноцентрнрованиоп

(б),

гексагональной

(в) и типа

алмаза (г)

решетках.

ложение

внедренных атомов

в гранецентрированной

нальной

(в), и в решетке типа

алмаза (г).

В полярных кристаллах, которые построены из элек­

трически

взаимодействующих

и

противоположно

заря ­

женных

ионов, расположенных

в

соседних узлах

решет­

ки, дело

усложняется тем, что

необходимо сохранение

ионных кристаллах возникают в близком

соседстве сра­

зу две вакансии — одна з а р я ж е н н а я

положительно,дру­

гая отрицательно. Такая пара, в

целом,

я в л я ю щ а я с я

нейтральным дефектом, называется

дефектом

по

Шотт-

ки. Энергия

ее образования

составляет

примерно

2 эв,

т. е. вдвое

больше,

чем одиночной

вакансии.

Энергия

активации

движения

такой

пары должна

быть

т а к ж е