Атом энергетикасының материалдары

Мазмұны реферат

1. Кіріспе

2. Физикалық процестер сәулеленген материалдар

3. Ығысуы атомнан кристалдық торда астында действиеионизирующего сәулелену

4. Материалдар үшін-радиоактивті қалдықтарды сақтау қолданылған әдебиеттер

1. Кіріспе
Қазіргі уақытта, байланысты сростом өндірістің өсуіне қажеттіліктерін адамзаттың өсуі болады, тұтынатын энергия. Алайда, жолы беспощадной пайдалану внутреземных көздерін неэкологичен. Сөзсіз, перспективалы іздеу және жаңа энергия көздерін әзірлеу. Оларға бірінші кезекте ядролық энергетика. Пайдалану ядролық энергия тежеліп отыр емес тұрғысынан сенімділігін ядролық реакторлар, қанша мәселелері бойынша материалдарды құру, қолайлы пайдалану үшін реакторларда. Бұл материалдар келесі талаптарға сай болуы керек:

Төзімділігі жоғары температураға төзімді.

Төзімділігі разрушающему әсер иондаушы сәуле.

Әр түрлі сәуле шығару түрлері, әсер етіп, қатты дене тудырып, ерекше радиациялық ақаулар. Қазіргі уақытта бар көптеген дәлелдер ғана емес, білім беру ақаулар, бірақ олардың түрі, нысаны, қозғалыс жылдамдығы барысында сәулелену.

2. Физикалық процестер олучаемых материалдарында.
Изучая нәтижелері радиациялық зақымдану металдардағы, ажырата білу қажет бастапқы және кейінгі әсерлері нәтижесінде сәулеленген материалдар құрылады ақаулары, бақыланатын эксперимент.

Бастапқы әсерімен зақымданған кристалдық тордың металл радиацияға деп санау керек беруді біріне атомдар тор жеткілікті үлкен кинетикалық энергиясы бар және бір мезгілде беруді қосымша энергия жүйесі еркін және байланысқан электрондар.

Толқыған атом (атом, алған қосымша кинетикалық энергия) қозғалады арқылы торды, расталкивая атомдар және өзіне қалдырады із – облысы зақымдануы, ол смещенных атомдар, окруженных бұлт қозғалған электрондар. Осылайша, нәтижелерінің бірі бастапқы әсері өзара іс-қимыл иондаушы сәулелену зат болып табылады білім беру бос орындар торда және междоузельных атомдар.

Ко қосалқы әсерлер сәулелену, приводящим қарай кездесетін практикада радиациялық ақаулар белгілі бір конфигурация жатқызуға болады қозғалыс және білім беру қауымдастықтарын нүктелік ақаулардың. Бұл процесс байланысты кристалдардың нақты құрылымын (бар болған бұзушылықтарды кристалдық тордың жүйесін жайғасқан, қоспалар және т. б.) және энергия, берілген жүйе еркін және байланысқан электрондар.

Осы тұрғыдан алғанда ешқандай айырмашылықтың әсері зат, мысалы, жылдам нейтрондар және — сәуле. Екі түрі де сәулелену әсер ететіні бүкіл материалдың көлемі, өйткені өткізбелі қабілеттілігі, нейтрондар — кванттардың айтарлықтай жоғары.

Жағдайда, нейтрон ағындарының жылжу атомдар тудырады өздері нейтрондар жағдайда — сәуле шығару – екінші реттік электрондар. Айырмашылығы сол-электрондар, білімді — квантами тудырады бірен-саран ығысу, ал нейтрондар – каскадтары қайталама және одан жоғары тәртібін ығысуы. Есептеулер көрсеткендей, нейтрон тудырады, екі-үш тәртібін артық нүктелік ақаулардың қарағанда, электрон немесе — квант, рождающий жылдам электрон. Бір мезгілде генерацией нүктелік ақаулардың нейтрондар мен — кванты береді белгілі бір бөлігі өз энергиясын электронам кристалдық торлар. Еркін энергия металл жүйесін артады, және бұл ретте төмендейді активтендіру энергиясы процестерді өткізуге байланысты атомдар мен ақаулары. Нәтижесінде қозғалшықтықтың атомдар мен ақаулар, сондай-ақ байланысты жеке және атом параметрлерін заттар мен кейбір сыртқы факторлардың пайда болуы мүмкін алуан әдістермен байқалатын электрондық микроскопия радиациялық ақаулардың қауымдастығы бос жұмыс орындары мен междоузельных атомдар; дискообразные көп нүктелік ақаулардың, захлопывающихся белгілі жағдайларда ілмектер жайғасқан және көптеген басқа да ақаулары.

Ұлғайту қозғалысы нүктелік ақаулар мен атомдар ықпал етуі мүмкін және қайта бөлу салыстырмалы тығыздығы бос және оқшауланған электрондардың микрообластях кристалл туындайтын нәтижесінде білім радиациялық ақауларын, және пайда болу салдарынан динамикалық қосымша қозғалысы элементтерінің жүйесі. Тәжірибелер көрсеткендей, қимыл белсенділігі артып, атомдар аймақтарында радиациялық зақымдану құрылатын жылдам заряженными бөлшектермен, сынықтарымен бөлу, не ионизированными смещенными атомдарынан.

Динамикасы білім беру белгілі бір күрделі радиациялық ақау параметрлеріне байланысты қозғалысы атомдар мен ақауларды металл қатты теле процесінде сәулелену. Айтарлықтай маңызы зор ұлғайту қозғалысы ақауларды, бәлкім, ойнайды және наведенное сәуле электрондық қозу, өйткені саласындағы төмен температура термодинамика предсказывает өте төмен диффузиялық сипаттамалары атомдар мен ақаулар болса, сәулеленген кезде тіптен төмен температура кейде байқалады қауымдастығының ақаулар пайда болуы мүмкін тек нәтижесінде диффузиялық ауыстыру атомдар немесе ақаулар..

Кезде жеткілікті жоғары температурада, ақаулар жағдайы бірқатар түрлендірулер: өзара жойылады бөлігі мынадай ақау шығады жер бетіне металл немесе шекара дәндері. Егер ақаулар адсорбируются орналасатын болса, онда бұл әкеледі бекітіп беру соңғы. Егер өсімдіктің ақауларды көп, олар қозғалатын сызық бойымен орналасқан және собираясь бірге құрайды зубцы кедергі болатын қозғалыс жайғасқан. Нәтижесінде сіңіру ақаулардың орналасуы бекітіледі, упрочняется материал.

Нүктелік ақаулар мүмкін емес адсорбироваться дислокациями емес, бірігуге құра отырып, дивакансии, үштік бос жұмыс орындары мен кешендер салынады. «Алыс қашықтықтарда бос емес өзара іс-қимыл жасайды, бірақ кездескен кезде олар біріктірілуі мүмкін берік кешені (оның білімі, ол төмендеуіне энергия жүйесінің). Білімді поливакансии бастан өсуі. Жекелеген бос жұмыс орындары тікелей сливаясь жазықтығында қабатын немесе құрай отырып, алдымен сфералық қуысына, одан әрі сплющиваются ауысады өзіндік айналмалы орналасқан. Сақиналы орналасуы мүмкін бұрылуға, қозғалғыштығы оның шектелген және ол диффузионный сипаты (орналасуы өсе алады және азаюы нәтижесінде тетігін жер бауырлап еңбектеп өту). Айтарлықтай маңызды, айналма дислокация қозғалысына кедергі жылжуының қарапайым түрі – аймақтық және бұрандалы. Пайда болуы сақиналы жайғасқан упрочняет металл. Осындай сақиналы орналасқан шын мәнінде байқалады көмегімен электрондық микроскоп.

3. Ығысуы атомнан кристалдық торда әсерінен иондаушы сәуле
Қарастырайық енді кейбір мәселелері теориясы ығысу атомдар әсерінен радиация кристаллическую торды қатты тел..

Кезінде упругом соқтығысуы бомбардирующей бөлшектер бастап атомом, соңғы кейбір жағдайларда иеленеді энергиясын асатын кейбір энергия деп аталады, ол шекті энергиясымен ығысу . Мұндай жағдайда толқыған атом тастап өз орнын торда. Сонымен қатар, ол болуы мүмкін, бір немесе бірнеше межатомных қашықтықты әзірге тоқтайтын да междоузлии. Кезде ауыстыру осындай атом жоғалтады байланыс тормен, бірақ көрсетеді возбуждающее әсер ететін электрондық байланыс атомдар қоршаған. Құрылады, бу типті Френкеля: вакансия – междоузельный атом. кәдімгі металдар шегінде орналасқан 20 – 40 эВ. Егер ~, онда пайда бір жұп Френкеля; > > құрылады, екі, үш немесе бір каскад ақаулардың түрі бірдей.

Егер кристалл торы облучается ағынымен ауыр бөлшектер, онда алынатын энергия атомом заттар, жетеді үлкен мәндерін, және жақын соңына жолдары алғашқыда выбитого атомның арасындағы орташа қашықтық соударениями » плотноупакованных кристалдық торларда тиіс шамамен тең орташа межатомному қашықтыққа. Бұл жағдайда, атом жолындағы алғашқы выбитого атом ауады өз орнынан құрылады облысы күшті бұрмалау, интерпретируемая ретінде шыңы ығысу.

Сәулеленген кезде материалдарды нейтронами спектрін реактордың не ауыр бөлшектермен үлкен энергиясын кристалл торы бастан үлкен саны қарапайым зақымдар.

Жоқтығына қарамастан дұрыс теориясы ескеретін ұжымдық процестер жиынтығы және өзара осы торда, орташа алғандағы саны смещенных атомдар бағалауға болады өте дәл көмегімен өте қарапайым моделін негізделген ұсыну туралы жұптық қақтығыстар.

Сипаттамаларының бірі соқтығысу болып табылады энергия берілетін бомбардируемому атому. Байланысты геометриялық параметрлерін қақтығыс (өзара қозғалыс бағытын бөлшектер мен тербелістер атом) ол өзгеруі мүмкін нөлден бастап, соқтығысу кезіндегі өте шағын бұрышы ең жоғарғы шамасы , біріне қарама-қарсы соқтығысуынан. Заң энергияның сақталу және импульс кезінде упругом соқтығысуы арақатынасымен анықталады

,

мұнда Е және m – энергия және салмағы өзара әрекеттесу жылдам бөлшектер; М – атомның массасы заттар.

Үшін электрондардың жоғары энергиясымен (Е >> 1 МэВ) ескеру қажет релятивистские әсерлер. Бұл жағдайда, алдыңғы өрнек айналады

.

Жағдайда соқтығысу ауыр частицей жоғары энергия күтуге болады пайда болуы каскад ығысуы. Орташа саны атом ығысуы есептеледі простейшем случае формула бойынша

,

— иондаушы сәулелену ағынының тығыздығы; t – сәулелену уақыты; — саны атомдар көлемінің бірлігіндегі; σd1 – қимасы қақтығыстар тудыратын ығысу;- орташа саны жылжулар бір бастапқы смещенный атом.

— орташа энергиясы берілетін атому тез частицей. Шамасы Еd байланысты бағыты ығысу қатысты кристаллографиялық ось кристалл, бұл анизотропией күштері, сондай-ақ табиғат күштері байланыс атомнан торда.

Орташа саны екіншілік ығысуы

,

онда

f(nk) – функциясы салыстырмалы санының электрондардың қатысатын коваленттік байланыс, бір атом, f(nc) – функциясы салыстырмалы концентрациясы еркін электрондар бір атом.

Жылдамдығы туындаған радиациялық ақаулар

,

онда

— қимасы ығысу.

Басқа нүктелік ақаулар және олардың конфигурациялары, электрондық газға кристалдық тордың металл туындайды жергілікті қозу (наводимые ретінде өздері ақаулары бар, сондай-ақ сәуле), олар кез келген әсер етуі мүмкін термодинамикалық байланыстар жүйесінің немесе оның бірнеше учаскелерді. Бұл, өз кезегінде, өсуіне әкелуі мүмкін бақыланатын қозғалысы жаңадан құрылған радиациялық нүктелік ақаулардың және бұрыннан бар дейін сәулелену ақаулар кристалдық құрылымдар. Бұл, бір жағынан, түсіндіруге болады білім беру қауымдастықтарының нүктелік ақаулар түрінде ілмектер орналасқан және кластерлерді әсерінен сәулелену тіптен төмен температура.

Барлық спектрін ақаулар байқалатын металл қатты денедегі кейін сәулелену әдістерінің көмегімен электрондық және иондық микроскопиясы, құралады бастапқы радиациялық ақаулар – пар Френнеля – нәтижесінде олардың өзара іс-қимыл жасау және қолда бар материалда ақаулары бар кристалл құрылыстар, сондай-ақ әсерінен оқшау қоздыруды электрондық жүйе кристалдық тордың бастамашылық жасайтын, кейін радиация.

Қаралған әсерлер кезінде туындайтын жылжыған атомдар каскадты қақтығыс » деп атайды бұзу ығысу. Мүлдем басқа түрі бұзылуына байланысты примесными атомдарымен, енгізілген немесе нәтижесінде айналу ядролардың нысана, немесе сонымен қатар, бомбардирующий ион тежеледі үлгісінде. Мұндай ақаулар деп аталады примесными бар.

Алғаш рет практикалық примесного бұзу туындаған кезде материалдарды зерделеу үшін ядролық реакторлар. Табылған, мысалы, металды уранға, сәулеленген температурада, бірнеше үлкен-500 оС, айтарлықтай арттырады көлемі. Металлографическое зерттеу анықтағандай, бұл жағдайда болуы металда ұсақ тесіктердің, инертті газдармен толтырылған. Инертті газдар көп мөлшерде түзіледі реактордағы бөлу кезінде уран.

Бұл бұзылу өте қатты әсер етеді материалдардың қасиеттері.

Материалдар үшін-радиоактивті қалдықтарды сақтау.
Біршама қиындықтар туындайды сондай-ақ радиоактивті қалдықтарды көмуге. Көпшілік қабылдаған көзқарас әзірлеу материалдарды осы мақсаттар үшін үш сатыдан тұрады:

Қалдықтар енгізіледі қатысты нерастворимое химиялық тұрақты зат.

Бұл зат жасайды герметикалық контейнер.

Контейнерлер захоранивают құрғақ және тұрақты геологиялық құрылымы.

Бірінші сатысында қолданылған және қолданылуда боросиликатное шыны және боросиликатная керамика. Басты талап, ұсынылатын осындай қышта мықты поглощающая қабілеті қатысты ядролық частицам – нейтронам — квантам. Барлық заттардың ең көп поглощающей қабілетіне ие нейтрондар жеңіл элементтер H, Li, B, бірақ жұтқан кезде нейтрондардың пайда, ядролық реакциялар нәтижесі болып табылатын қайталама сәулелену. Осы себеппен қорғайтын материал қамтуы тиіс, керісінше, ауыр элементтер, негізінен қорғасын, өйткені сіңіру — кванттардың бағынады экспоненциальному заң

N=N0e-2da,

онда

N және N0 – тығыздығы — кванттардың дейін және кейін сіңіру ауыстырылсын;

d – тығыздығы ослабляющего заттар;

a — сіңіру коэффициенті.

Қолдану таза қорғасын көрсетіледі орынсыз, оның елеулі тұрақсыздық әсерінен тіпті өз салмағының қорғаныш қалау тұратын қорғасын кірпіш. Неғұрлым тиімдісі — қорғаныш материалдар болып табылады PbO және одан да көп күрделі оксидтер үлгідегі 2PbO, PbSO4. Олар-өрісі жоғары плотностями, жеткілікті жоғары жұмыс температурасы және технологичны процестерінде дайындау ұнтақ престеу кезінде және спекании. Дейін престеу осы оксидтері араластырады борсодержащими заттармен, мысалы, В2О3, карбидті бор В4С немесе боратидами МеВО3 және боридами үлгідегі МеВ немесе МеВ2 қандай да бір металл Хб беретін, өз кезегінде, деңгейі төмен, қайталама — сәуле. Кейін жентектеу мұндай қоспалар құрайды тығыз керамика кіші кеуектілік.

Бірақ керамика бірі-боро — және қорғасын бар заттар бар кемшіліктер көп. Негізгі бірі – жоғары химиялық төзімділігі. Атап өткен жөн одан да төмен төзімділігі қалған танымал және кең қолданылатын материалдар, мысалы, бетондардың әр түрлі құрамы. Осы себеппен, көптеген жағдайларда, және бетондар, және борсодержащая керамика пайдаланылады тезірек екінші сатысында түрінде герметикалық контейнер. Бірінші сатысында көпшілікпен танылған, ол тек борсодержащее шыны жақсы ұстайды радиоактивті қалдықтар.

Екінші сатысында сонымен жоғарыда қарастырылған керамикалық материалдар

сыналады және арнайы қорытпалар пайда болатын жүйелерінде Рb-B, Pb-Li және негізіндегі қорытпалар, титан. Өзі қорғайтын материал дайындалады түріндегі қыш, спеченной ұнтақтарынан мұндай қорытпалар. Мүмкіндігі олардың практикалық қолдану анықтауға болады кейін ғана терең зерттеу, олардың төзімділігін, коррозия жағдайында сәулелену — квантами және жоғары температурада. Мысалы, радиоактивті цезий және стронций қабілетті сақтап, бүлдірмей қабығы осындай балқыма температурасы 200 оС, шамамен 100 жыл. Сонымен қатар, қол жеткізу, жоғары механикалық беріктігі ұсынылатын қорытпаларды зақымдануын болдырмау үшін контейнерлерді радиоактивті қалдықтарды тасымалдау кезінде жерге көму.

Қолданылатын әдебиет.
В. И. Фистуль. Жаңа материалдар: жағдайы, мәселелері және болашағы. М. «МИСИС». 1995 ж.
А. М. Шалаев, А. А. Адаменко. Радиациялық стимулированное өзгерту электрондық құрылымы. М. Атомиздат. 1977 ж.
М. Томпсон. Ақаулар және радиациялық зақымдану металдардағы. М. Әлем. 1971 ж.