輻照硬化

輻照硬化，包括核材料(包括核燃料和結構材料)輻照效應的基本理論和基本。

基本介紹

• 中文名：輻照硬化
• 主要內容：核材料輻照效應的基本理論和基本
• 第1章：緒論
• 第2章：經典散射理論

主要內容

包括核材料(包括核燃料和結構材料)輻照效應的基本理論和基本

輻照硬化

輻照硬化

知識：核材料中輻照缺陷的產生過程：微觀結構缺陷的演化及其與結構穩定性、力學性能、物理性能間的關係：核材料輻照行為的基本規律和現象：並介紹輻照效應研究的最新進展和理論模型研究。以期望讀者掌握輻照效應的基本概念和基本理論，以理解和推斷材料在輻照下的行為，提高解決工程中實際問題的能力。 本書是核材料科學與反應堆工程學科研究生的學科基礎課，也可作為核燃料循環學科、先進能源靶物理研究生的選修課。同時本書也可供從事材料輻照改性、電子元器件輻射加固以及離子注入材料輻照損傷的本科生、碩士研究生選修。

本書是針對核材料的一個特殊問題，但偏重於基礎性，如固體中原子碰撞的基本理論和產生缺陷的過程，計算損傷劑量的方法，輻照缺陷的聚集和演化。進而到巨觀的輻照效應，如氣泡，裂變產物，材料的輻照硬化和脆化等。對聚變堆的嚴重輻照損傷問題的研究也給以了注意。是一本介紹輻照效應新進展的專述。

目錄

第1章 緒論 1.1 材料輻照效應的發展歷史和概況 1.2 粒子輻照在固體中形成輻照缺陷的基本過程及其作用 1.3 輻照效應研究的領域和任務 參考文獻 第2章 經典散射理論 2.1 二體碰撞 2.1.1 質心繫 2.1.2 基本方程、能量傳遞公式 2.1.3 正碰撞的性質 2.2 原子間作用勢 2.2.1 原子間相互作用勢的一般描述(Bohr勢、Born-Mayer勢) 2.2.2 Thomas-Fermi勢 2.2.3 Hartree自洽勢 2.2.4 鑲嵌原子勢 2.2.5 等效剛球勢 2.3 碰撞截面 2.3.1 微分截面和能量傳遞微分截面 2.3.2 庫侖勢的微分截面 2.3.3 剛球散射的能量傳遞微分截面 2.3.4 碰撞的衝量近似法 2.3.5 Thomas-Fermi勢約化微分截面 參考文獻 第3章 運動粒子的慢化和射程 3.1 運動粒子在固體內的慢化 3.1.1 核阻止本領和阻止截面 3.1.2 電子阻止本領 3.2 入射粒子在固體內的射程 3.2.1 人射粒子在固體內的射程 3.2.2 射程矢量和基本方程 3.2.3 平均投影射程和射程歧離 3.3 射程、射程投影的標準偏差 3.3.1 標準偏差 3.3.2 粒子沿深度的濃度分布 參考文獻 第4章 輻照缺陷的產生過程 4.1 基本概念 4.1.1 離位原子和初級離位原子 4.1.2 離位閾能和離位機率 4.2 初級離位原子在級聯中產生的離位原子數 4.2.1 Kinchin-pease模型 4.2.2 Snyder的修正模型 4.2.3 出射機率模型 4.2.4 改進性模型 4.2.5 能量配分理論——Lindhard計算模型 4.2.6 Sigmund離位處理 4.3 相關碰撞列 4.3.1 聚焦碰撞和輔助聚焦 4.3.2 聚焦換位碰撞——原子的長程傳輸 4.3.3 碰撞列和貧原子區的空位份額

4.3.4 溝道效應 4.3.5 聚焦和溝道對離位原子數的影響 4.4 輻照損傷峰 4.4.1 離位峰 4.4.2 熱峰 4.4.3 裂變峰 4.5 MD計算機模擬 4.5.1 級聯碰撞與子級聯 4.5.2 離位峰-MD計算機模擬 4.6 離位峰中的原子混合 4.7 離位峰中的相變 參考文獻 第5章 輻照損傷計算 5.1 損傷速率和損傷劑量 5.1.1 初級離位原子(PKA)的能量分布函式 5.1.2 離位原子密度和損傷劑量(DPA) 5.2 中性粒子的輻照損傷 5.2.1 中子散射微分截面 5.2.2 初級離位原子的能量分布 5.2.3 中子輻照下的離位原子濃度和損傷分布 5.2.4 損傷函式 5.2.5 γ射線引起的輻照損傷 5.3 帶電粒子的輻照損傷 5.3.1 帶電粒子產生的PKA的能量分布和損傷 5.3.2 重離子輻照損傷的分布 5.3.3 電子輻照損傷 5.3.4 裂變碎片輻照損傷 5.4 表面損傷 5.4.1 濺射機制和模型 5.4.2 濺射產額和擇優濺射 5.4.3 Sigmund濺射理論 參考文獻 第6章 輻照缺陷的退火、聚集和腫脹 6.1 高溫離位級聯缺陷的存活和逸出 6.2 缺陷的相互作用導致輻照誘發的顯微組織變化 6.3 缺陷的複合、擴散 6.3.1 空位和間隙原子的複合率 6.3.2 點缺陷之間以及與其他缺陷的反應 6.3.3 原子和原子尺寸的缺陷的反應 6.3.4 運動的點缺陷與位錯的反應 6.3.5 擴散-限制的反應 6.4 缺陷的動力學過程、速率方程組 6.5 空位團、間隙原子團的形核和生長過程 6.5.1 空位團、間隙原子團的形核 6.5.2 空洞(或氣泡)和間隙原子位錯環的長大方程式 6.6 氣泡(或氣孔)的重溶 6.7 氣泡(或氣孔)的遷移和聚合 6.7.1 表面擴散引起的氣泡遷移 6.7.2 氣泡遷移率的一般處理 6.7.3 體擴散引起的氣泡遷移

6.7.4 應力梯度下的氣泡遷移 6.7.5 氣泡聚合的速率常數 6.7.6 聚合造成的氣泡長大 6.8 位錯和晶界對氣泡(或氣孔)的釘扎 參考文獻 第7章 金屬核燃料和氧化物燃料的輻照行為 7.1 金屬核燃料的輻照行為 7.1.1 金屬鈾的輻照行為 7.1.2 尺寸不穩定性 7.1.3 輻照下鈾的長大機制 7.1.4 鈾的腫脹 7.1.5 輻照對鈾的組織及力學性能的影響 7.1.6 鈾合金 7.1.7 釷、釷鈾和釷鈽合金 7.1.8 鈽和鈽合金 7.2 氧化物燃料的輻照密實、腫脹和裂變氣體釋放 7.2.1 氣孔和氣泡的物理特性、輻照密實 7.2.2 氣泡和氣孑L的分布函式、輻照腫脹 7.2.3 氣孑L鏈和通道的分布函式

輻照技術

是利用射線與物質間的作用，電離和激發產生的活化原子與活化分子，使之與物質發生一系列物理、化學、與生物化學變化，導致物質的降解、聚合、交聯、並發生改性。這樣一來，就為採用常規處理方法難以去除的某些污染物提供了新的淨化途徑。例如：

（1）用輻照法處理生活污水和工業廢水 在放射線的照射下，水分子會生成一系列具有很強活性的輻解產物，如OH、H、H2O2等。這些產物與廢（污）水中的有機物發生反應，可以使它們分解或改性。該法可明顯消除城市污水中的TOC、BOD、COD、並滅活污水中的病原體。用輻照法照射偶氮染料和蒽醌染料廢水，可完全脫色，TOC去除率可達到80%～90%。COD去除率達到65%～80%。又如，木質素廢水在充氧條件下用γ—射線輻照，很容易被降解。 據研究報導，輻照技術也可有效地處理洗滌劑、有機汞農藥、增塑劑、亞硝胺類、氯酚類等有害有機物質。將輻照技術與普通廢水處理技術（如凝聚法、活性炭吸附法、臭氧活性污泥法等）聯用，具有協同效應，可提高處理效果。在與活性炭法聯用時，在炭吸附了有機物後，藉助γ—射線輻照，可使活性炭再生，對其連續使用十分有利。我國從80年代後期還開展了進一步的研究工作，例如對飲用水的輻射消毒，有機染料廢水、焦化廠廢水的輻射處理等，都取得良好效果。 （2）用γ—射線輻照處理固體廢物 在固體廢物的處理處置中，廢塑膠由於其難降解，始終是一個棘手的問題。例如聚四氟乙烯，由於生化法無法分解，機械破碎困難，兼之在高溫處理時產生大量有毒的氟化物，造成難於處置的局面。 日本曾利用γ—射線輻照與加熱聯用方法，再以機械破碎後，得到分子量不同的聚四氟乙烯蠟狀粉末，可作為優良的潤滑劑和添加劑。氯化聚乙烯在使用時會放出百倍的氯乙烯，，因而被某些國家禁止使用。但它在經一定劑量γ—射線照射後，即不再產生氯乙烯蠟狀粉末，可作為優良的潤滑劑和添加劑。 氯化聚乙烯在使用時會放出有害的氯乙烯，因而被某些國家禁止使用，但它在經一定劑量γ—射線照射後，即不產生氯乙烯，從而使用面可以推廣。 又如，纖維素是城市廢物與農業廢物的主要成分，日本曾用輻照法處理木屑、廢紙、稻草等，通過糖化與發酵而得到酒精；美國則採用對這類纖維素用加酸後輻照處理的方法得到葡萄糖，其回收率高達56%。腐敗的食物在經輻照處理後可作為動物的飼料。 污泥中含有大量的能量與生物價值，是優良的農田肥料和土壤改良劑。但由於含有大量病原體而不能直接利用。堆肥化、熱消毒或化學處理等方法的消毒效果均不十分徹底與穩定。用γ—射線或電子束輻照，解決了上述問題，是一種很有前途的方法。德國、美國已建造了每天處理量達1500噸污泥的輻照處理設備。我國曾對醫院廢物的輻射消毒進行較深入的研究，並計畫建立實用性裝置。 （3）用電子束處理廢氣 大氣中的SOx與NOx是主要的污染物。用通常的方法，例如以石灰噴霧法脫硫，用酸、鹼吸收或催化還原法去除NOx等，絕大多數遇到成本過高或裝置複雜的困難。 套用電子束照射的方法，則不僅能降低運行難度和費用，而且由於在乾燥條件下使用，不產生二次廢水。日本原子力研究所曾用兩台電子加速器作為照射源，在80℃下，加氨照射，輔以靜電除塵來去除生成的硫酸銨與硝酸銨，可同時去除SOx與NOx。該法已經在進行商業化運轉。