1 / 16

Radiačné poškodenie

Radiačné poškodenie. Žilinská univerzita v Žiline Katedra materiálového inžinierstva. Bc. Filip Pastorek filip.pastorek@azet.sk Bc. Libor Trško libor.trsko@ltmetal.net. Elektromagnetické žiarenie.

urian
Download Presentation

Radiačné poškodenie

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Radiačné poškodenie Žilinská univerzita v ŽilineKatedra materiálového inžinierstva Bc. Filip Pastorek filip.pastorek@azet.skBc. Libor Trško libor.trsko@ltmetal.net

  2. Elektromagnetické žiarenie • Žiarenie je možné obecne definovať ako šírenie energie priestorom. Ak sa táto energia šíri prostredníctvom vlnenia, ide o elektromagnetické vlnenie (Röntgenové žiarenie a žiarenie gama) Ak sú nositeľmi energie hmotné častice (elektróny, neutrón, častice alfa), hovoríme o korpuskulárnom alebo časticovom žiarení [1]. Obr. 1 Vlnové dĺžky elektromagnetického vlnenia [2]

  3. Časticové žiarenie [1] • Častica alfa – tvorí ju jadro 4He, má dva kladné náboje a dva neutróny, tieto častice sú produktom niektorých rádioaktívnych premien. • Neutrón – je neutrálna (nenabitá) častica s hmotnosťou o málo väčšou ako je hmotnosť protónu. • Elektrón – je najľahšia známa častica s nenulovou pokojovou hmotnosťou a má záporný náboj. Často sa označuje ako častica beta. • Fotóny – sú kvantá elektromagnetického poľa. Majú nulovú pokojovú hmotnosť a preto sa pohybujú rýchlosťou svetla.

  4. Elektromagnetické vlnenie [1] • Žiarenie X (röntgenové ) – je krátkovlnné fotónové žiarenie, vznikajúce v elektrónovom obale atómu. Ide predovšetkým o „brzdné“ žiarenie vznikajúce spomaľovaním nabitých častíc v hmote a ďalej o tzv. „charakteristické“ žiarenie, vznikajúce pri prechode elektrónov z vyššej energetickej hladiny do nižšej. • Žiarenie gama – je krátkovlnné fotónové žiarenie, vznikajúce väčšinou pri prechode atómového jadra z vyššieho energetického stavu do nižšieho (rádioaktívna premena v rádioizotopoch).

  5. Obr. 2 Zdroje radiácie pôsobiace na človeka a materiály [3]

  6. Druhy interakcií [4] • Interakcia žiarenia s elektrónmi ( nebezpečná pre materiály s kovalentnou a iónovou väzbou) • Interakcia žiarenia s jadrom atómu • Energia odovzdaná iónu nestačí na opustenie uzlového bodu mriežky (zvýšenie energie kmitov mriežky) • Energia odovzdaná iónu stačí na opustenie uzlového bodu mriežky (umiestnenie iónu v medzimriežkovej polohe) – najvýznamnejšia interakcia z hľadiska radiačného poškodenia • Zachytenie bombardujúcej častice v jadre atómu (transmutácia, štiepenie)

  7. Spôsoby radiačného poškodenia [4,5] Vznik bodových porúch • K vyrazeniu atómu z uzlovej polohy mriežky treba minimálnu energiu (tzv. Vignerova energia), ktorá je pre kovy 10 až 40 eV. • Po zrážke s neutrónom získavajú zasiahnuté jadrá atómov energiu zhruba o 3 rády väčšiu. • Sú teda vyrážané a pohybujú sa mriežkou rýchlosťou odpovedajúcou prebytkom energie. • Tieto ióny môžu zasahovať a vyrážať z uzlových bodov mriežky ďalšie ióny (sekundárne zrážky). • Sekundárne vyrazené ióny spôsobujú vznik dvojíc vakancia-interstícia (Frenkelove poruchy). • Stred oblasti je bohatý na vakancie (zriedená oblasť) aokraj na interstície (zhustená oblasť).

  8. Spôsoby radiačného poškodenia [5] Vznik bodových porúch • Výsledkom záverečnej interakcie iónov vyrazených z uzlových bodov, ktoré nemajú dostatočnú energiu na vyrazenie ďalších iónovje Lokálne teplotné ovplyvnenie. Energia sa prejaví zvýšením kmitov mriežky. teplota sa zvýši asi o 1000C počas 10-10s. Takto vznikajú nové mikrooblasti, ktoré majú inú štruktúru ako matrica.

  9. Spôsoby radiačného poškodenia Obr. 3 Schéma vyrazenia iónov z uzlových bodov mriežky pri dopade neutrónu [4] n – neutrón ; x – intersticiál ; o - vakancia

  10. Spôsoby radiačného poškodenia[4] Transmutácia jadra Zachytenie neutrónu v jadre atómu ožarovanej látky vyvolá transmutáciu jadra. Vzniká buď ťažší izotop daného prvku alebo ión iného prvku, ako napríklad pri reakcii neutrónu s atómom bóru, ktorej produktom je lithium a helium.

  11. Prejavy radiačného poškodenia kovov [4] • Vznik Frenkelových porúch sa prejavuje na mechanických vlastnostiach ako radiačné spevnenie. S rastúcou dávkou Φi rastie medza klzu a pevnosť v ťahu a klesá ťažnosť a kontrakcia. Zároveň klesá húževnatosť a u nelegovaných a nízkolegovaných ocelí sa výrazne zvyšuje prechodová teplota. Hovoríme vtedy o radiačnom skrehnutí. Energia [J] neožiarené ožiarené neožiarené Teplota prerazenia [°C] Obr. 4 Ťahové diagramy uhlíkovej ocele po rôznom radiačnom poškodení Obr. 5 Prejavy radiačného krehnutia ocele A 302 B pri rázovej skúške v závislosti na neutrónovej dávke a teplote ožarovania

  12. Prejavy radiačného poškodenia kovov [4] • Radiáciou sa zvyšuje následkom nadbytku vakancií rýchlosť tečenia a znižujú sa teploty, pri ktorých sa uplatňujú jednotlivé mechanizmy tečenia. Pri malých napätiach je rýchlosť tečenia úmerná neutrónovému toku. Hovoríme vtedy o radiačnom creepe (tečení). • Rovnakú prvotnú príčinu (nadbytok vakancií) má i narastanie objemu kovu radiáciou vplyvom nukleácie a rastu dutín (swelling). Zväčšenie objemu závisí na neutrónovej dávke, teplote a na materiáli. Rýchlosť tečenia [1/h] radiačný creep teplotný creep Obr. 6 Radiačný a teplotný creep austenitickej ocele 08Cr18Ni9Ti

  13. Prejavy radiačného poškodenia kovov [4,6] • Radiáciou sa urýchľuje i priebeh korózie, jednak vďaka zmenám v štruktúre a jednak vplyvom zvýšenia obsahu kyslíka vo vodných prostrediach následkom radiolýzy. Korózia perlitickej ocele vo vode sa radiáciou urýchľuje niekoľkonásobne. • Možné typy korózie: plošná, medzikryštalická, korózne praskanie a korózna únava. • Riešením môže byť navarenie austenitickej nehrdzavejúcej výstelky. • Pri zachytení neutrónu v jadre atómu za vzniku iného prvku sa menia vlastnosti už od 0,001 % premenených atómov. Vznikajúci prvok je v pôvodnom kove nečistotou , väčšinou segreguje na hraniciach zŕn a je príčinou krehnutia. Zvlášť nepriaznivo pôsobia vznikajúce plynné prvky. Hromadia sa na mriežkových poruchách a mikrodefektoch, dosahujú vysoké tlaky a prispievajú k nukleácii a rastu trhlín).

  14. International Thermonuclear Experimental Reactor ITER [6] Polomer nádoby : 10.7m Celková výška 30m Objem plazmy ~ 837 m³, Stredná teplota ~100 mil. °C

  15. Použitá literatúra [1] Kopec, B. a kol.: Nedestruktivní zkoušení materiálu a konstrukcí, Cerm Brno, 2008. [2] http://sk.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetick%C3%A9_ %C5%BEiarenie [3]ttp://www.gjgt.sk/digitalna_studovna/fyzika/2010/102_ radioaktivita.ppt 26.11.2010 [4] PLUHAŘ, J. a kol. 1987. Fyzikální metalurgie a mezní stavy materiálu. Praha: SNTL/ALFA – Nakladatelství technické literatury, 1987, 418 s. 04-411-87. [5] DUDÍK,M.; NOVOVESKÝ.M.: Radiačné a korózne poškodenie.ppt [6]http:// www.matdesign.sav.sk/data/long_files/slugen.pdf 25.11.2010

  16. Ďakujem za pozornosť

More Related