基本介紹
- 中文名：輻照效應
- 外文名：radiation effects
- 性質：固體材料在γ射線輻照產生現象
- 套用：電離效應離位效應
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生物輻照效應
電離輻射輻照可使生物細胞內遺傳物質的結構發生改變,因而引起生物形形色色的性狀突變。研究電離輻射輻照造成的生物效應學科稱為放射生物學。在生物輻照效應，用照射量、比釋動能和吸收劑量來衡量輻射劑量。
電離輻射對生物體的照射啟動一系列過程時間尺度不同的階段，大致可分為物理階段、化學階段、生物階段。
（1） 物理階段：射線與細胞中的原子之間的相互作用，屬於射線與物質相互作用的物理過程，主要是原子、分子被電離、激發的過程。
（2） 化學階段：物理階段的電離和激發導致化學鍵的斷裂和自由基的形成，化學活性高的自由基與細胞中成分發生快速化學反應，最終導致電荷回歸平衡。
（3） 生物階段：開始是與殘存化學損傷作用的酶反應，修復損傷的DNA，極小部分未修復損傷最終造成細胞死亡。
對人體來說，電離輻射可造成人體正常細胞的結構與功能變化，影響正常的新陳代謝過程，大劑量的輻照會危及生命，所以存在輻射源的場所，需要禁止以避免人體受到輻照，這屬於輻射防護領域；另一方面，輻照可以殺死人體腫瘤細胞，可用來治療腫瘤，核醫學領域發展了γ刀、中子、質子和重離子輻照治療。利用輻照生物效應，還可進行輻照育種、輻照殺蟲和輻照滅菌。
材料輻照效應
材料輻照效應是射線粒子（中子、質子、重離子、電子、Gamma射線）與材料物質相互作用造成的材料物理、力學位能及組織成分與結構上的變化。材料輻照效應來自於入射到材料中的射線粒子與材料原子的相互作用，包括碰撞過程、缺陷形成過程和微觀結構演化過程。材料輻照效應隨射線的種類、能量、材料性質和輻照環境（溫度、應力等）不同而變化。
在晶體中，輻照產生的各種缺陷一般稱為輻照損傷(irradiation damage)。入射粒子與晶格原子碰撞，傳遞給靶原子的動能超過離位閾能（晶格點陣位置的束縛能）時，原子便可離開晶格位置，稱為離位，造成的損傷稱為離位損傷。對於金屬材料，最簡單的輻照缺陷是孤立的點缺陷，即弗侖克爾缺陷對（由一個離位原子變為間隙原子以及離位後的晶格空位組成）。直接被入射粒子碰撞產生離位的原子稱為初級離位原子(PKA)，如果初級離位原子具有足夠的動能，能夠繼續碰撞其他晶格原子，稱為級聯碰撞。一般情況下，中子與重離子輻照會造成級聯碰撞，一個入射粒子輻照會在很小的體積內產生數百個弗侖克爾缺陷對。在一定溫度下，間隙原子和空位可以遷移，從而彼此複合，或擴散到位錯、晶界或表面等處而湮沒，也可聚集成空位團或形成位錯環。離位損傷可造成材料輻照硬化、輻照脆化、輻照蠕變和輻照腫脹。輻照缺陷還改變材料中原子擴散行為，並促使一系列由擴散控制或影響的過程加速進行，導致溶解，沉澱，偏聚等非平衡態。
在中子或者高能質子輻照情況下，核反應會產生嬗變核素。在反應堆中子輻照情況下，由於（n，p）和（n，Alpha）反應，造成材料中氫和氦增加，氫氦與離位損傷的共同作用，往往導致材料損傷更嚴重。
對於某些材料如高分子聚合物，陶瓷或矽酸鹽等，另一類損傷，即電離損傷也很重要。入射粒子的另一部分能量轉移給材料中的電子，使之激發或電離。這部分能量可導致健的斷裂和輻照分解，相應的引起材料強度喪失，介電擊穿強度下降等現象。
性質
在晶體中，輻照產生的各種缺陷一般稱為輻照損傷。對於多數材料而言，主要是離位損傷。入射離子與材料中的原子核碰撞，一部分能量轉換為靶原子的反衝動能，當此動能超過點陣位置的束縛能時，原子便可離位。最簡單的輻照缺陷是孤立的點缺陷，如在金屬中的弗侖克爾缺陷對（由一個點陣空位和一個間隙原子組成）。級聯碰撞條件下，在約10 nm直徑的體積內產生數百個空位和數百個間隙原子。若溫度許可，間隙原子和空位可以彼此複合，或擴散到位錯、晶界或表面等處而湮沒，也可聚集成團或形成位錯環。
一般地說，電子或質子照射產生孤立的點缺陷。而中等能量(10-100KeV)的重離子容易形成空位團及位錯環，而中子產生的是兩種缺陷兼有。當材料在較高溫度受大劑量輻照時，離位損傷導致腫脹，長大等巨觀變化。腫脹是由於體內均勻產生的空位和間隙原子流向某些漏（如位錯）處的量不平衡所致，位錯吸收間隙原子比空位多，過剩的空位聚成微孔洞，造成體積脹大而密度降低。輻照長大只有尺寸改變而無體積變化，僅在各向異性顯著的材料中，由於形成位錯環的擇優取向而造成。離位損傷造成的種種微觀缺陷顯然會導致材料力學性能變化，如輻照硬化、脆化以及輻照蠕變等。輻照缺陷還引起增強擴散，並促使一系列由擴散控制或影響的過程加速進行，諸如溶解，沉澱，偏聚等，並往往導致非平衡態的實現。對於某些材料如高分子聚合物，陶瓷或矽酸鹽等，另一類損傷，即電離損傷也很重要。入射粒子的另一部分能量轉移給材料中的電子，使之激發或電離。這部分能量可導致健的斷裂和輻照分解，相應的引起材料強度喪失，介電擊穿強度下降等現象。
套用
1）電離效應：指反應堆中產生的帶電粒子和快中子與材料中的原子相碰撞，產生高能離位原子，高能的離位原子與靶原子軌道上的電子發生碰撞，使電子跳離軌道，產生電離的現象。從金屬鍵特徵可知，電離時原子外層軌道上丟失的電子，很快就會被金屬中共有的電子所補充，因此電離效應對金屬材料的性能影響不大。但對高分子材料會產生較大影響，因為電離破壞了它的分子鍵。
2）離位效應：中子與材料中的原子相碰撞，碰撞時如果傳遞給陣點原子的能量超過某一最低閾能，這個原子就可能離開它在點陣中的正常位置，在點陣中留下空位。當這個原子的能量在多次碰撞中降到不能再引起另一個陣點原子位移時，該原子會停留在間隙中成為一個間隙原子。這就是輻照產生的缺陷。
3）嬗變：即受撞的原子核吸收一個中子，變成一個異質原子的核反應。中子與材料產生的核反應（n，α），（n，p）生成的氦氣會遷移到缺陷里，促使形成空洞，造成氦脆。
4）離位峰中的相變：有序合金在輻照時轉變為無序相或非晶態。這是在高能中子輻照下，產生離位峰，隨後又快速冷卻的結果。無序或非晶態被局部淬火保留了下來，隨著注量增加，這種區域逐漸擴大，直到整個樣品成為無序或非晶態。
