Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

strålingsbeskadigelse

Oprindelig forfatter OBoeP Seneste forfatter Redaktionen

Strålingsbeskadigelse. Elektronmikroskopisk billede af opsvulmet kobber med små hulrum (hvide på billedet), dannet efter bestråling med fissionsneutroner ved en temperatur på 250 °C. Den anvendte strålingsdosis var så kraftig, at hvert kobberatom i gennemsnit én gang blev stødt ud af sin plads i krystalgitteret. Når kobber bestråles ved lavere temperatur, bliver det hårdt og skørt ved at danne dislokationsstrukturer i stedet for hulrum.

Strålingsbeskadigelse. Elektronmikroskopisk billede af opsvulmet kobber med små hulrum (hvide på billedet), dannet efter bestråling med fissionsneutroner ved en temperatur på 250 °C. Den anvendte strålingsdosis var så kraftig, at hvert kobberatom i gennemsnit én gang blev stødt ud af sin plads i krystalgitteret. Når kobber bestråles ved lavere temperatur, bliver det hårdt og skørt ved at danne dislokationsstrukturer i stedet for hulrum.

strålingsbeskadigelse, ændringer i materialers struktur og egenskaber forårsaget af bestråling med fotoner, elektroner, neutroner, ioner eller andre partikler med høj kinetisk energi. Partikler nedbremses i materialer ved at støde imod disses elektroner og atomkerner. Under nedbremsningen opvarmes materialerne, og partiklerne kan, afhængigt af deres energi, excitere elektroner, ionisere atomer, ombryde molekylære bindinger, støde atomer ud af deres normale pladser i krystalgitre og indgå i kernereaktioner.

Polymermaterialer som papir, tekstiler og plast ændres i sollys og luft, fordi den ultraviolette stråling (fotoner) ombryder kemiske bindinger og danner frie radikaler, som fx kan forbinde sig med luftens ilt. Ændringerne fører normalt til forringelser som fx gulning af papir og skørhed. Dog bruges "strålingsbeskadigelse" af polymerer med fotoner eller elektroner i praksis til at forbedre hårdhed og slidstyrke ved at danne tværbindinger imellem kædeformede polymermolekyler, fx i elektronacceleratorer, eller af tandlæger til at hærde plastfyldninger (se strålingsteknologi).

Metallers og keramiske materialers opførsel under og efter bestråling med neutroner fra fissions- eller fusionsprocesser er siden 1940'erne blevet studeret i forbindelse med den tekniske udvikling af kernekraft. En fissionsneutron har en energi på ca. 1 MeV, og når den rammer en atomkerne, overføres en vis del af energien til atomkernen, som derved kan skydes bort fra sin plads i krystalgitteret. Den efterlader da en tom plads i gitteret, en vakance, og kan efter stødfasen ende som et interstitielt atom, dvs. på en plads, som ikke er en "korrekt" gitterplads. Vakancer og interstitielle atomer er eksempler på krystaldefekter.

Annonce

Eksempelvis modtager et kobberatom i gennemsnit 30 keV fra en 1 MeV neutron, mens energien til at danne en vakance og et interstitielt atom ved at støde et atom ud af sin normale plads i krystalgitteret er ca. 1000 gange mindre. Computersimulering viser, at et 30 keV atom frembringer en kollisionskaskade, hvor det første kobberatom støder andre kobberatomer bort fra deres pladser osv. Kollisionskaskader varer typisk nogle picosekunder. Kaskaderne efterlader mange vakancer i området, hvor neutronen ramte, mens de interstitielle atomer koncentreres få nanometer længere fremme. Fusionsneutroners energi er ca. 14 MeV, og den højere energi forårsager kernereaktioner og dannelse af hydrogen, helium og radioaktive atomkerner.

De efterladte vakancer og interstitielle atomer udvikler sig til andre defektstrukturer i komplicerede, termisk aktiverede processer. Nogle "heler" sig selv (annihilerer), ved at interstitielle atomer hopper ind i vakancer. Andre danner strukturer af dislokationer, eller de danner mikroskopiske hulrum og bobler (gasholdige hulrum). Alt efter bestrålingstemperaturen bliver det bestrålede materiale derfor hårdt og skørt (se plasticitet og brud), eller det svulmer op.

Bestråling med neutroner eller ioner har en række materialeteknologiske anvendelsesmuligheder, bl.a. til overfladehærdning og produktion af halvledere. Kontrol med strålingsbeskadigelser er nødvendig under produktion af kerneenergi. Fx må grafitmoderatoren i en grafitmodereret fissionsreaktor jævnlig varmes op til en så høj temperatur, at interstitielle atomer og vakancer kan annihilere og derved frigøre deres energi. På den måde undgås gentagelser af uheld som det, der fandt sted på det britiske kernekraft- og oparbejdningsanlæg Windscale i 1957, hvor varmen fra ukontrolleret annihilation af vakancer med interstitielle kulstofatomer i grafitten resulterede i en brand, som førte til radioaktivt udslip.

Den teoretiske interesse for partiklers nedbremsning i faste stoffer begyndte allerede i 1913 med et arbejde af N. Bohr (se stoppeevne). I 1960'erne udviklede J. Lindhard og andre en detaljeret stødteori, som anvendes i materialeforskning rettet fx mod udnyttelse af fusionsenergi i fremtiden.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Ole Bøcker Pedersen: strålingsbeskadigelse i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 23. april 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=166084