Материал: Теория радиационного действия - Курсовая работа


Ионные соединения и керамики

В этом разделе мы сгруппируем вместе изоляторы, включив щёлочно-галоидные соединения, типично ионные кристаллы и окислы металлов, карбиды, нитриды и такие соединения, которые имеют частично свойства ионных кристаллов и частично свойства ковалентных соединений. Некоторые элементы, типичным примером которых является алмаз, также являются изоляторами. Эти материалы имеют большие энергетические разрывы между валентной зоной и зоной проводимости. Они обычно не имеют электронов проводимости, а поэтому их электропроводность чрезвычайно низка. Их теплопроводность осуществляется только колебаниями решётки. Они хрупки при низких температурах; при нагревании становятся более пластичными. Действие излучения на щёлочно-галоидные соединения в течение многих лет привлекало внимание исследователей. Работа проводилась главным образом с бомбардировкой электронами или гамма-излучением. Как мы упоминали ранее, в изоляторах эти типы излучений могут вызывать радиационные нарушения. Наблюдаемые эффекты очень сложны и мы можем упомянуть только об их природе. При облучении в веществе образуются так называемые центры окрашивания и кристалл окрашивается или становится непрозрачным. Считают, что это происходит из-за захвата электронов в вакантных узлах решётки, которые обычно существуют в кристалле. Имеется большое разнообразие таких центров окрашивания с различными энергиями активации и различными типами оптического поглощения. При облучении образца светом с различными длинами волн эти центры претерпевают дальнейшие изменения, появляются другие центры. Это очень сложное явление и хотя оно, как мы уже сказали, изучалось в течение многих лет, но до сих пор ещё не полностью понято. Работа Прингсхейма в Аргонне показала, что нейтронное облучение щёлочно-галоидных соединений производит по существу те же самые нарушения, хотя и имеется некоторая разница по сравнению с гамма- или электронным излучением. Следует продолжить дальнейшее изучение этих явлений, так как они важны для основ теории ионных кристаллов.

Поведение щёлочно-галоидных соединений при облучении может дать указание, что следует ожидать в случае оксидов, карбидов и т. д., например, BeO, MgO, Be2C и других подобных соединений щёлочно-земельных и других элементов, изученных менее полно. Эти материалы являются жаростойкими керамиками, годными для употребления при высоких температурах. Они, вероятно, будут употребляться в высокотемпературных реакторах. Эти материалы не были изучены так фундаментально, как щёлочно-галоидные соединения, и из них только ВеО исследовался под облучением. Теплопроводность материалов при облучении уменьшается вследствие рассеяния тепловых волн на возникающих неоднородностях решётки. Это уменьшение достаточно велико и приводит «к большим термическим напряжениям в условиях больших температурных градиентов, что серьёзно ухудшает полезность данного материала. Также наблюдается уменьшение модуля Юнга и сопротивления разрыву, которое может быть результатом присутствия атомов между узлами решётки, приводящего к ослаблению последней. Разрушения в керамиках оказываются значительно большими, чем в большинстве металлов. Это, возможно, связано со способностью металлов к пластическому течению, уменьшающему чрезмерные внутренние напряжения. В керамиках вследствие их хрупкости внутренние напряжения не могут уменьшаться таким путём. Однако надо сделать некоторые оговорки о выводах из экспериментов, произведённых на сравнительно холодных образцах, относительно размеров радиационных нарушений в таких материалах в условиях высокотемпературного облучения. В этих материалах всегда возможно пластическое течение при высоких температурах, так что механические свойства могут быть лучшими при высокотемпературном облучении, чем при низких температурах. Возможна постановка большого числа опытов с керамическими материалами для глубокого выяснения их поведения при облучении. Сюда следует включить рентгеновские исследования, определения поглощённой энергии, удельного электрического сопротивления и эффекта Холла как функций температуры в широком диапазоне до и после отпуска, следующего за облучением. Интересные измерения механической прочности могут быть сделаны не только при высоких температурах, как мы указывали, но и при высоких давлениях. При высоких давлениях многие керамики, например Ti02, становятся значительно более пластичными и при испытаниях на разрыв иногда удлиняются до 40 процентов. В соответствии с этим представляет интерес изучение радиационных нарушений в таких материалах при наличии гидростатического давления и без него. Требуемые давления — порядка 20000 или 30 000 атмосфер. Следовало бы провести оптические исследования, проделанные для щёлочно-галоидных соединений, также с оксидами, карбидами и т. д. Имеются предварительные указания, что здесь могут быть получены интересные результаты. Оптические исследования желательно сочетать с исследованиями диэлектрической постоянной и потерь в функции температуры и частоты. Такие опыты дадут дополнительные сведения о числе возникающих под действием излучений вакантных узлов. С другой стороны, облучение ионных кристаллов даёт возможность получать образцы с достаточным числом вакантных узлов, поэтому исследования по определению скоростей диффузии в ионных кристаллах могут быть значительно ускорены. Полезные сведения о зонной картине как щёлочно-галоидных соединений, так и керамических материалов могут дать исследования их электронных зон с помощью спектров мягких рентгеновских   лучей. Интересные данные могут дать исследования изменения электропроводности под действием излучения. Такие эксперименты со временем позволят сделать выбор среди существующих теорий этого явления.