Радиационные дефекты в кристаллах

        структурные повреждения, образующиеся при облучении кристаллов потоками ядерных частиц и жёстким электромагнитным (гамма- и рентгеновским) излучением. Структурные микроповреждения вызывают изменения механических и др. физических свойств кристаллов. Восстановление их свойств, т. е. уничтожение Р. д. в к., осуществляется при нагревании. Изучение Р. д. в к. началось в середине 40-х гг. с развитием реакторной техники. Впервые на возможность разрушения кристаллической решётки вследствие смещения атомов из их равновесных положений при взаимодействии с быстрыми нейтронами и осколками деления ядер указал Ю. Вигнер в 1942. Тогда же было высказано предположение о том, что такие смещения атомов должны сказываться на свойствах материалов.

         Различают простые и сложные Р. д. в к. Простейшими являются междоузельный атом и Вакансия (см. Дефекты в кристаллах). Такая пара образуется, когда ядерная частица сообщает атому, находящемуся в узле кристаллической решётки, энергию выше некоторой пороговой. Величина E₀ зависит от вещества и равна нескольким десяткам эв. Этой энергии достаточно для разрыва межатомных связей и удаления атома на некоторое расстояние от узла кристаллической решётки. И вакансия, и междоузельный атом обладают высокой подвижностью даже при комнатной температуре. Встретившись в процессе миграции по кристаллу, они могут рекомбинировать, выйти на поверхность кристалла либо «закрепиться» на дефектах нерадиационного происхождения (примесных атомах, дислокациях (См. Дислокации), границах зёрен, микротрещинах и т.д.). Если энергия, приобретённая атомом, превышает в несколько десятков или сотен раз E₀, то первично смещенный атом, взаимодействуя с «окружением», вызывает при движении по кристаллу каскад вторичных смещений.

         В результате слияния простых Р. д. в к. могут образоваться их скопления. Образование скоплений наиболее вероятно в тех случаях, когда облучение производится частицами высоких энергий, порождающими каскадные процессы. При этом даже небольшие первичные скопления могут служить «зародышами», на которых происходит накопление (конденсация) простых дефектов. Рост вакансионных скоплений превращает их в поры. Однако этот процесс не может происходить непрерывно: с одной стороны, он ограничен относительным уменьшением поверхности конденсации вакансий, с другой — условиями теплового равновесия. В металлах сферические поры неустойчивы, они сдавливаются в плоскости одного из наиболее плотных атомных слоев кристалла и образуют кольцевые дислокации.

         Наиболее полную информацию о Р. д. в к. можно получить, если облучать материалы при очень низкой температуре (вплоть до нескольких К). Образовавшиеся Р. д. в к. как бы «замораживаются», процесс их миграции по кристаллу максимально замедляется. При последующем постепенном нагревании часто наблюдается ступенчатая картина восстановления исследуемых свойств материала. Исследование характера и скорости восстановления свойств во времени при температуре наиболее резкого их изменения на границе соседних ступеней (изотермический отжиг) позволяет определить энергию активации движения Р. д. в к. и особенности их превращений. Р. д. в к. наблюдают и непосредственно, например с помощью электронных микроскопов (См. Электронный микроскоп) и ионных проекторов (См. Ионный проектор).

         Исследование Р. д. в к. имеет большое практическое значение. Различные Конструкционные материалы и делящиеся вещества в ядерных реакторах (См. Ядерный реактор), материалы, находящиеся на борту космических объектов в радиационных поясах Земли (См. Радиационные пояса Земли), подвергаются воздействию потоков нейтронов, протонов, электронов и γ-квантов. Знание типа образующихся Р. д. в к., их превращений и термической стабильности, а также влияния Р. д. в к. на свойства материалов позволяют прогнозировать работу последних под воздействием облучения, открывает пути создания радиационно-стойких материалов.

         Лит.: Конобеевский С. Т., Действие облучения на материалы, М., 1967; Вавилов В. С., Ухин Н. А., Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах, М., 1969; Томпсон М., Дефекты и радиационные повреждения в металлах, пер. с англ., М., 1971.

         Н. А. Ухин.