Радиационная стойкость твердых материалов. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Радиационная стойкость твердых материалов

Радиационная стойкость твердых материалов - способность материалов сохранять свойства (механич., электрич., оптические и др.) при воздействии радиации. Изменение свойств обусловлено смещениями атомов в кристаллич. решётке (см. Радиационные дефекты ),ядерными реакциями, разрывами хим. связей и др. Изменения могут быть обратимыми и необратимыми. Последние обусловлены преим. хим. превращениями молекул.

Наиб. воздействие оказывают нейтронное и g-излу-чение. На практике изменение свойств материала сопоставляется с величиной, характеризующей воздействующее излучение, напр. с флюенсом нейтронов или поглощённой дозой g-излучения.

Мн. свойства кристаллов чувствительны к повреждениям кристаллич. решётки. Одиночные дефекты обычно упрочняют металл, но снижают его пластичность .Электросопротивление металлов или сплавов возрас -тает за счёт образования дефектов, хотя в сплавах возможно уменьшение электросопротивления, если радиац. воздействие приводит к упорядочению структуры. В полупроводниках под действием облучения концентрация точечных дефектов увеличивается, что приводит к изменению электрич. и оптич. свойств.

Изменение свойств органич. веществ связано гл. обр. с процессами возбуждения и ионизации молекул. При этом образуются неравновесные электроны, ионы, ионные радикалы, молекулы в возбуждённом состоянии. Взаимодействие излучения с органич. веществами сопровождается газовыделением. Радиац. стойкость органич. веществ зависит от кол-ва растворённого в них O₂ и скорости его поступления из окружающей среды. В присутствии О₂ происходит радиац--хим. окисление вещества. В результате изменяется хим. и термич. стойкость вещества, может возрасти его хим. агрессивность по отношению к конструкц. материалам. "Сшивание" и деструкция полимеров - необратимые процессы, к-рые приводят к наиб. значит. изменениям структуры.

Осн. показатели, характеризующие необратимые изменения для механич. свойств полимерных материалов,- предел прочности, модуль упругости, предел деформируемости; для электрич. свойств - изменения диэлектрич. проницаемости, тангенса угла диэлект-рич. потерь, электрич. прочности, проводимости.

Обратимые изменения обусловлены установлением стационарного равновесия между генерацией нестабильных продуктов радиолиза и их гибелью, поэтому они зависят от мощности дозы. Сопротивление органич. изоляц. материалов падает с увеличением мощности дозы на неск. порядков. При больших дозах снижение остаточного электрич. сопротивления металлов носит необратимый характер. У мн. полимерных материалов, облучённых до доз 10⁶ Гр, исходная электрич. проводимость изменяется в неск. раз (при дозе ~ 10⁴ Гр изменения, как правило, незначительны).

В органич. материалах может возникать послерадиац. старение, к-рое обусловлено в осн. хим. реакциями свободных радикалов, образовавшихся при облучении полимеров с кислородом воздуха. Радиац. стойкость полимерных диэлектриков определяется, как правило, их механич. (а не электрич.) свойствами, т. к. большинство полимеров становятся хрупкими и теряют способность нести механич. нагрузки после доз, к-рые ещё не вызывают существ. изменений электрич. свойств.

Радиац. стойкость неорганич. веществ зависит от их кристаллич. структуры и типа хим. связи. Наиб. стойкими являются ионные кристаллы. Плотные структуры с высокой симметрией наиб. устойчивы к воздействию излучений. Для стёкол характерны изменение прозрачности и появление окраски, возникновение кристаллизации (см. Стеклообразное состояние ).Силикаты начинают изменять свойства после оолучения флюенсом нейтронов ~10¹⁹ см^-2. В результате облучения происходит анизотропное расширение кристалла, аморфизация его структуры, уменьшение плотности, упругости, теплопроводности и др. Окислы меняют свойства аналогично силикатам, но в меньшей степени. Существ. изменения в свойствах бетонов отсутствуют при облучениях нейтронными потоками с флюенсом до 3·10¹⁹ см^-2.

Табл. 1.

Органические материалы

Доза g-излучения, Гр

Термореактивные смолы

Фенольная смола с наполнителем

из стекловолокна

3·10⁷-10⁸

Фенольная смола с асбестовым

наполнителем

10⁶- 3·10⁷

Полиэфир с наполнителем из

стекловолокна

10⁷ - 3·10⁷

Эпоксидная смола

10⁶ - 2·10⁷

Майлар

2·10⁵- 2·10⁶

Полиэфирная смола без напол-

нителя

3·10³-10⁴

Силикон без наполнителя

10⁶ - 5·10⁶

Термопластичные смолы

Полистирол

5·10⁶ - 5·10⁷

Поливинилхлорид

10⁶- 10⁷

Полиэтилен

10⁵- 10⁶

Полипропилен

5·10³- 10⁵

Ацетилцеллюлоза

10⁴ - 3·10⁵

Нитроцеллюлоза

5·10³- 2·10⁵

Полиметилметакрилат

5·10³- 10⁵

Полиуретан

10⁵-10⁶

Тефлон

2·10³ - 5·10³

Тефлон 10 ОХ

5·10²-10³

Эластомеры

Натуральный каучук

5·10⁴ - 5·10⁵

Полиуретановые каучуки

10⁴ - 3·10⁵

Акриловые эластомеры

10⁴ - 7·10⁵

Кремнийорганические эластоме-

ры

10⁴ - 10⁵

Бутиловые эластомеры

10⁴ - 3·10⁵

Табл. 2.

Неорганические материалы

Доза g-излучения, Гр

Флюенс нейтронов, см^-2

Стекло

5·10⁷

5·10¹⁷

Керамика

10²⁰- 3·10²⁰

Железо

2·10¹⁸- 3·10¹⁹

Сталь конструкционная

10¹⁹

Бетон

10²⁰-5·10²⁰

Si (кремниевые транзисторы)

10³- 10⁵

3·10¹¹ - 10¹³

Ge (германиевые транзисторы)

10⁴- 10⁶

4·10¹²- 10¹⁴

В табл. 1 и 2 приведены мин. уровни облучения, вызывающие заметные (20-30%) изменения свойств нек-рых материалов.

Литература по радиационной стойкости твердых материалов

Вавилов В. С., Ухин H. А., Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах, М., 1969;

Радиационная стойкость материалов. Справочник, под ред. В. Б. Дубровского, М., 1973;

Радиационная стойкость материалов радиотехнических конструкций. Справочник, под ред. Н. А. Сидорова, В. К. Князева, М., 1976;

Радиационное электроматериаловедение, М., 1979;

Действие проникающей радиации на изделия электронной техники, под ред. Е. А. Ладыгина, М., 1980;

Радиационная стойкость органических материалов. Справочник, под ред. В. К. Милинчука, В. И. Туликова, М., 1986;

Вавилов В. С., Кекелидзе Н. П., Смирнов Л. С., Действие излучений на полупроводники, М., 1988.

Б. С. Сычёв

Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.