晶格影响

在中子辐照的固体，原子从正常的晶格位置移出，并进入晶格运动(维格纳效应)。的分数能量转移与任何弹性碰撞一样，它取决于中子与反冲的质量之比原子．因此,在石墨一个碳原子，在第一次与一个1000000电子伏特的中子(比如说在裂变过程中产生的)碰撞时，就会收到一个动能大约是10⁵eV，与它的结合键相比，它更大能源在晶格中(约10 eV)。据估计，100万电子伏的中子在被热化或速度大大降低之前，会撞击大约60个碳原子，以至于它无法撞击其他碳原子。辐射造成的大部分结构损伤是由于这些(相对较重的)碳原子，而不是原来的中子。从这个意义上说，辐射损伤由快中子可视为间接行动。快速碳原子(或其他移出的)的减速基本上是由相互作用时间决定的。这个事实意味着停止是光在一个游离原子的旅程开始时，结果只是偶然的位移原子组成。在它的生命周期结束的时候，大量的原子迅速地移位继承沿着一排，最后大量的剩余能量被局部地倾倒到相对较小的一组原子中。这一过程产生位移(或热)峰值;当地的温度估计上升了大约1000人K．尽管气温上升只持续10年左右^-11年在轨道冷却之前的第二秒，这个持续时间足以造成永久性的结构损坏。在反应堆中子辐照下，至少有一部分石墨膨胀是局部加热的结果;另一部分源于辐照下晶格尺寸的变化。

热峰值的高温升高可能导致固体的局部熔化。该方向的证据已从β -黄铜(an)的研究中获得合金由相等数量的铜和锌原子组成)在低温中子轰击下形成的。在辐照之前，合金的结构是有序的:每个铜原子周围有八个锌原子作为最近的邻居，反之亦然。辐照后，可以检测到原子的一般随机重排，大概是熔化和再冻结的结果。

辐射对晶体的长期影响是很多的，这些影响的大小取决于晶体的结构和以前的历史。这里只叙述这些效应的一些一般特征。

1.辐射损伤可以认为是由从其正常晶格位置弹出的间隙原子对和留下的相应空位组成。空位-间隙对称为A弗伦克尔缺陷．

2.固体有从辐射损伤中自行恢复的倾向。如果没有这一特性，运行允许定期加热以消除石墨堆芯影响的核反应堆确实会非常困难。治愈(或所谓的。退火)可能是由于间隙原子和空位的重组，从而消除了Frenkel缺陷。一个间隙原子不一定总是与它相应的空位重新结合。通常情况下，它可能会与它离开时的位置相似的空缺重新组合;其结果近似地恢复了晶体的原始性质。这样的退火是促进在高温下，空隙和间隙的流动性增加。在一个特定的温度下退火温度，愈合变得很快，基本上完全。同一种物质的退火温度可能略有不同，这取决于所研究的特定性质。许多辐射损伤实验必须在低温下进行，以冻结在产生的缺陷中。纯金属是最容易退火的物质。在这种情况下，退火温度相对较低。相应的，退火温度为增大电阻纯铜中只有40k左右另一方面，弹性模量和硬度等的变化是生产音叉所必需的特征，可以保存到室温，即293 K。纯金属的快速退火直接归因于原子在完美有序结构中的高迁移率。另一个极端是由大分子组成的有机固体，特别是聚合物。在这种情况下，破坏源于化学键的断裂，这些化学键通常不会以原来的方式重新连接，而是会产生化学性质不同的物质。

3.在简单金属中，辐照度降低导电率对于这两个热而且电．两者在金属晶体中的导电是由于其有序的结构。结构越完善，导电性能越好。辐照产生的Frenkel缺陷，因此降低了两种电导率。在极端情况下，电导率下降的数量级已被观察到。然而，在适度辐照下，热传导率和电导率通常会降低一半。在3 × 10的曝光下，石墨的热导率下降到未辐照值的大约一半²⁰室温下每平方厘米的中子数。像其他性质的变化一样，这种效果也可以在高温下退火伴随的释放储存能量．每10克石墨中储存的能量约为200卡路里²⁰每平方厘米总通量的中子数。在辐照过程中产生的间隙碳原子分散了电子，从而降低了导电性。电导率的增减模式取决于石墨的性质和在反应堆中暴露的时间。对于陶瓷材料，在石墨材料的导热系数下降约二分之一的条件下，可以观察到导热系数下降约3到5倍。另一方面，在云母中，这种变化略小于石墨。

4.硬度而且延性取决于晶体结构的完美。结果表明，辐照导致塑性的损失和硬度的增加。这些影响是由于晶体中的滑动面阻塞。由于中子辐照的结果，大多数结构材料变得更硬，韧性更差，有时更脆。同样，大多数聚合物在辐照下也会失去延展性。在某种意义上，辐射引起的晶体结构损伤在性质上与冷加工(例如锤击)所产生的损伤相似。纯铜在室温下是天然柔软的，中子辐照后，它变得非常坚硬，可以被制成唱歌音叉．石墨经过辐照后强度和硬度都有所增加。在高温下退火更快;照射温度越高，损伤越小。压缩应力-应变曲线也有类似的效应。的研究动态陶瓷的性质表明在大剂量时存在饱和效应。

5.如上所述，辐照在大多数情况下会引起膨胀和晶格畸变。一个完美的水晶石墨是由一层又一层的碳原子组成的。当受到中子辐照时，石墨垂直于基面膨胀，并与基面稍稍平行地收缩。在适度暴露后核反应堆，当通量为10时，膨胀率约为1%²⁰每平方厘米中子数。当然，实际膨胀量取决于石墨的制造历史和工作温度。的扩张主持人石墨等材料在核反应堆的设计中是相当重要的。即使是很小百分比的尺寸变化也会导致反应器结构的大变化;如果在反应堆的工程设计中不允许这种改变，它很可能会造成紧张的操作条件，最终导致故障。