Все мы знаем, что облучение в больших дозах пагубно влияет на человека, вызывая разнообразные, зачастую неизлечимые болезни. Но что происходит с металлами, и можно ли "вылечить" их?
Идея обуздать атом, подчинить себе его энергию,берет свое начало с 1939 года, когда удалось впервые расщепить атом урна и тем самым создать управляемую ядерную реакцию. А уже в 1954 была построена первая в мире АЭС в г. Обнинск. Сегодня же количество атомных станций по всему миру приближается к 200.
Но для того, чтобы ответить на вопрос влияния облучения на металлы, сначала разберём, что представляет из себя ядерная реакция.
Цепная ядерная реакция- это процесс деления ядер ( в реакторах-ядра урана), в котором одна проведённая реакция вызывает последующие реакции такого же типа. При делении одного ядра урана образовавшиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана
Но помимо нейтронов, при ядерной реакции возникает ионизирующее излучение, такие как:
- Альфа-частицы (ядра гелия)
- Бета-частицы (электроны)
- Гамма-излучение
- Нейтроны
Наиболее опасными и проникающими излучениями являются гамма-излучение и нейтроны.
Поэтому, для становления атомной энергетики необходимо было использовать материалы, которые были стойкие при облучении.
Испытание материалов началось с опробования различных материалов, известных, как наиболее стойких в условиях действия температурных полей, напряжений , среды близких в ожидавшимся в ядерных реакторах. Однако инженерного опыта и экспериментальных данных оказалось недостаточно для надлежащего прогноза поведения этих материалов. Чтобы разработать и выбрать такие материалы были созданы специальные исследовательские реакторы, для предварительного испытания материалов и конструкций в условиях облучения.
В зависимости от условий облучения: режим облучения, спектра нейтронов, окружающей среды, температуры материала, создаваемых напряжений, были накоплены сведения, которые легли в основу радиационного материаловедения.
Так что же происходит с металлами в активной зоне реактора?
Ответ: ничего хорошего.
В последние пару десятков лет были открыты различные физические явления протекающих в твёрдых телах при облучении. В основе их лежит образование дефектов структуры материал, основными из них являются:
- Радиационный рост
- Радиационное распухание
- Низкотемпературное и высокотемпературное охрупчивание ( НТРО и ВТРО)
- Радиационная ползучесть и др.
Основной причиной образование данных дефектов является то, что излучение передаётся атомам металла излишнию энергию, которая вынуждает атом "уходить" из своего места в кристаллической решётке и образовать с одной стороны пустое место- вакансия, а с другой стороны- занять место в межузле- межузельный атом. Данная пара дефектов называется- " пара Френкеля"
Большое количество обращованных в металле вакансий (свободное место в узле решётке) начинают собираться в один большой дефект- пора. Накопление таких дефектов вызывает охрупчивание материалов.
Другой вид дефекта- радиационное распухание связано с тем, что при распаде урана образуются газовые продукты деления(ГПД)-атомы инертных газов ( Гелий,Ксенон, Криптон, Аргон и т.д.). Эти атомы при попадание в металл закрепляются на дефектах ( в основном на вакансиях) и накапливаются, тем самым образовывая так называемые пузыри ( с англ.- Bubbles), тем самым вызывая распухание материала.
Дефекты, получаемые при облучении, имеют обратимый характер, т.е. при некоторых условиях они могут исчезнуть, и структура металла вернётся в (почти) исходное состояние.
