Materiały Reaktorowe Efekty fizyczne uszkodzeń radiacyjnych c.d.
Luki (pory) i pęcherze Powstawanie i formowanie luk zostało zaobserwowane w 1967 r. Podczas formowania luk w materiale następuje jego puchnięcie objętościowe To zaskakujące odkrycie spowolniło rozwój energetyki jądrowej w USA na prawie dekadę. Luki w tej liczbie i gęstości jaka została zaobserwowana powodowały kilkudziesięcio procentowy wzrost objętości prowadzący do znacznych zmian w wymiarach elementów konstrukcyjnych reaktora. Zaobserwowano również powstawanie pęcherzy wypełnionych gazami szlachetnymi.
Luki (pory) i pęcherze Siłą napędową powstawania luk jest przesycenie wakancjami zdefiniowana: S v C C C V 0 równowagowa koncentracja wakancji v 0 v Podczas napromieniowywania defekty formują klastry, które mogą rosnąć na wskutek absorpcji tego samego typu defektów lub kurczyć się gdy absorbują defekty przeciwnego typu.
Luki i pęcherze Wzrostowi luki musi towarzyszyć większa absorpcja wakancji aniżeli jonów międzywęzłowych. Prąd nukleacji ( zarodkowania ) strumień wakancji przepływający z mniejszego do większego klastra. Zmiana energii swobodnej ciała stałego na wskutek powstania luki sferycznej zbudowanej z n wakancji dana jest: G 0 n T S H nkt ln S v 2 1/3 2/ 3 36 n objętość pojedynczej wakancji energia powierzchniowa Wzrost entropii wywołany generacją defektów Człon związany ze wzrostem energii powierzchniowej
Luki i pęcherze Krytyczny rozmiar zarodka
Luki i pęcherze bez uwzględnienia jonów międzywęzłowych z uwzględnieniem jonów międzywęzłowych
Luki i pęcherze Prędkość zarodkowania luk jest zależy od wysokości bariery aktywacyjnej G. Jony międzywęzłowe podnoszą barierę aktywacyjną i obniżają współczynnik nukleacji. Krytyczny rozmiar zarodka jest tym wyższy im wyższa jest wartość bariery aktywacyjnej G. Współczynnik nukleacji jest silnie uzależniona od przesycenia wakancjami ( im wyższe przesycenie tym wyższa prędkość ). Współczynnik nukleacji jest tym mniejszy im wyższa jest prędkość rekombinacji wakancji.
Luki i pęcherze Atomy gazów szlachetnych mogą stabilizować zarodek krytyczny i przyspieszać proces nukleacji. Uważa się są zawsze zaangażowane w formowanie luk. Produkowane w efekcie transmutacji gazy szlachetne rozpuszczają się w stali. Atomy gazów szlachetnych są bardzo nieruchliwe w porównaniu z wakancjami i jonami międzywęzłowymi. Złapane przez zarodek krytyczny są w nim trwale związane.
Luki i pęcherze
Puchnięcie Powstawanie trwałych luk powoduje, że jony międzywęzłowe muszą lokować się w innych miejscach. Prowadzi to do ich odkładania się np. na powierzchni a tym samym zwiększania objętości materiału, który staje się coraz bardziej porowaty. Współczynnik powstawania luk jest proporcjonalny do względnego puchnięcia materiału V V 4 3 R 3 v Gęstość luk Średni promień luk
Puchnięcie Ni a = 1 cm 10 22 n/cm 2 V = 20% a = 1.06 cm -przyrost izotropowy - tworzenie luk
Puchnięcie
Puchnięcie Zależność temperaturowa puchnięcia jest podobna do zależności temperaturowej RIS. Efekty wywołujące oba te zjawiska są takie same. Niska ruchliwość defektów kontroluje proces w niskich temperaturach. Bardzo wysoka ruchliwość defektów w wysokich temperaturach ułatwia ich rekombinację.
Puchnięcie w niskich temp. proces jest kontrolowany przez wielkość luk w wysokich temp. proces kontrolowany przez malejącą gęstość luk.
Puchnięcie
Puchnięcie
Puchnięcie
Puchnięcie Domieszki mogą wiązać trwale defekty. Prowadzi to do zwiększenia energii aktywacji luk.
Puchnięcie
Puchnięcie
Przemiany fazowe Radiacyjnie wywołana ( przyspieszona ) dyfuzja oraz segregacja powodują wzmożony transport i przemieszczanie atomów w stopie. Prowadzi to do wzbogacenia lub zubożenia granic międzyziarnowych i powierzchni w wybrane składniki stopu. Może to przyczynić się do powstawania wtrąceń innych faz jeśli koncentracja jednego ze składników przekroczy jego limit rozpuszczalności w stopie.
Przemiany fazowe
Przemiany fazowe
Przemiany fazowe
Przemiany fazowe
Nieporządek Promieniowanie powoduje zmniejszenie uporządkowania dalekozasięgowego w stopach. Odbywa się to przez wprowadzenie wakancji, jonów międzywęzłowych, przemieszczeń atomów itp. zaburzających uporządkowanie w stopie. Nieuporządkowane stopy powracają do równowagi termodynamicznej na wskutek procesów dyfuzyjnych, które z kolei mogą być przyspieszane przez promieniowanie. Powoduje to z drugiej strony wzrost uporządkowania stopu. Dlatego promieniowanie wywołuje dwa konkurencyjne procesy: wzrost nieporządku, a następnie ponowne porządkowanie. Wywołując przejście porządek nieporządek porządek w stopie.
Przemiany fazowe porządek nieporządek transformacja struktury krystalicznej: A B struktura krystaliczna A kwazi kryształy struktura krystaliczna A faza amorficzna