补充资料：辐照损伤

辐照损伤
irradiation damage

辐照损伤irradiation damage射线或入射粒子与物质相互作用造成晶体结构缺陷的现象。通常把辐照在材料中产生的宏观性质的改变归类为辐照效应，而把出现性质变化以前的初始微观事件称为辐照损伤。它是在入射粒子与材料相互作用后的很短时间(10--“秒)内发生的过程。 原理入射粒子与晶格原子发生两类碰撞。①非弹性碰撞:碰撞前后不满足总动能和总动量守恒，部分动能转化为晶格原子的内能，如电子激发和电离。它可以破坏有机材料、绝缘材料和半导体中的价键，导致晶格原子或分子中的原子游离，有时可能穿越周围的势垒进入间隙位置，形成空位和填隙原子对。电子激发和电离对金属和合金只是消散能量的释热过程，不造成损伤。②弹性碰撞:遵守总动能和总动量守恒的过程，如带电粒子与原子核的卢瑟福散射，中子与核的弹性散射等。碰撞过程中，当传递给晶格原子的能量超过离位闭能时，例如10一100 eV，原子将离开它的晶格位置，留下一个晶格空位，这个原子或者其近邻原子将进入间隙位置，构成填隙原子一空位对，称弗伦克尔时。低于离位闭能的被撞原子只在点阵中心位置附近作较大幅度的热振动。离位阑能是晶格原子出射方向的函数，辐照损伤计算中所用的单值离位闭能实际上是其平均值。当初级碰撞原子(简称PKA)的能量足够大时(>10 keV)，将产生一系列的次级碰撞原子，依次产生离位原子，形成大小不等的碰撞级联区。 能量为E的PKA产生的离位原子数以E)，即弗伦克尔对数，利用改进的肯琴一皮斯(Kinchin一Pease)模型来计算。该模型不考虑点缺陷的空间分布，采用刚球势代替实际的原子间的作用势，即 。(E)=睿(E)(E/ZEd)式中凡为离位阑能;奋(E)是能量损失修正因子，考虑了晶体结构效应，如聚焦和沟道，以及电子激发等。 辐照产生的空位、填隙原子、碰撞级联区以及次级碰撞级联区的结构已为场离子显微镜的实验观察所证实。用高能质子或碳离子轰击钨，由于室温下钨的空位迁移率很低，产生的空位都能保留下来。观察表明，高能的碰撞级联区常常由几个次级碰撞级联区所组成。有序合金Cu3Au在级联碰撞中无序化的区域为电子显微镜观察所证实，这是置换碰撞和聚焦碰撞的结果。 辐照产生的弗伦克尔缺陷只有在很低的温度(<20K)下才是稳定的。在100K以上，大多数金属和合金中的填隙原子发生迁移，空位约在室温以上变得活泼。当这些缺陷开始活动时，它们可能相互复合，可能与同类缺陷或与杂质原子组成缺陷团(如间隙环、空位环或空洞)，或被其他缺陷(如位错、晶界和空洞)所吸收。这个过程及其结果将影响材料的性质。 剂量辐照损伤剂量通常以材料中每个原子的平均离位次数(dpa)来表示。它是材料在辐照期间原子离位的总次数与总原子数之比，表示为 Ndp。=山必t=注量率(单位时间单位面积入射粒子数)，t为辐照时间，以E)为初始动能为E的PKA产生的平均原子离位数，a(E0，E)是能量为Eo的入射粒子击出能量为E的PKA的微分截面。因为单能的入射粒子可以产生不同能量的PKA，<抓E0，E)试E》表示击出不同能量的PKA的截面及其产生的原子离位数的乘积的平均值，具有截面的量纲，称为离位截面山，与材料的性质有关。对于非单能入射粒子，上式要改写成为对能谱进行积分。 各种不同的辐照类型，如中子、电子、质子及其他带电粒子等的损伤能力各不相同。以其产生的dpa数除以粒子注量(粒子数/厘米2)为单位来表示，称为粒子的离位损伤效能。 聚焦和沟道由于晶态固体的有序结构，在碰撞级联中，产生两个重要现象:聚焦和沟道。聚焦是发生在密排原子列上的一系列几乎是对心或正好是对心的直线碰撞列。如图1所示，如果每次碰撞的反冲角越来越小，碰撞列类似于聚焦过程，故称为聚焦碰撞列。聚焦碰撞发生在某一个能量(约为500 eV)以下。聚焦碰撞如果产生缺陷，则在碰撞列的起始位置和末端分别留下一个空位和一个填隙原子，在这列段内产生一列置换碰撞。聚焦碰撞也可能不产生缺陷。A反冲原子反冲昨了Af反冲原子 图1聚焦碰撞列 沟道是高能量的运动粒子在晶体的某些通道中所作的长距离运动现象。这些通道由平行的密排原子列和密排原子面构成(图2)。沟道过程中，入射粒子能量消耗于一些亚闭能的掠碰撞上。利用沟道现象可以探测晶体结构中填隙原子的位置。丁，.晰l‘1运动原子 ┌──┐ ├斑┐│ │ ││┌─┐ └─┴┘│洲│ └─┘ ┌────┬─┐ │尸洲)产 │ │ ├────┴─┤ │// │ └──────┘ 图2 fee点阵的<110)沟道 位移峰和热峰碰撞级联区被设想为一个填隙原子壳包围着由空位所构成的贫原子区，称为位移峰。刚开始形成的位移峰极不稳定，由于缺陷的运动，在10刁一10一秒的时间内即退火成大体稳定的实体。碰撞级联区的状态可以利用计算机进行模拟。 低于离位阑能的碰撞，只使被碰撞原子在平衡位置附近作大幅度振动，表现为一个局部热源，足以使上百个原子达到熔点温度，称为热峰。虽然热峰冷却迅速，但仍然加速空位扩散和其他热激活过程，如偏析和相变等。(郁金南)

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