关于固体辐射化学介绍

[拼音]：guti fushe huaxue

[外文]：radiation chemistry of solid

辐射化学的一个分支，研究电离辐射对固体物质的作用以及由此而产生的物质内部物理或化学变化的规律。电离辐射作用于固体物质时，能使固体物质产生颜色、晶型、硬度、强度、分解等变化。研究固体物质的辐射效应，有助于了解固体物质辐射效应的机理，研究固体的结构和性质及材料改性；并对反应堆的建造和发展、强辐射场中固体材料的使用价值和使用寿命，均有现实的意义。

电离辐射可使固体的结构产生各种类型的缺陷，除使原子（或分子）产生电离和激发外，还可使原子发生位移。电离辐射造成固体损伤，主要是由于电离辐射使固体中的原子发生位移而引起的。p、α、n等重粒子固然如此，能量＞0.5兆电子伏的γ、X、β射线等，也可使原子量在50～100之间的少量原子发生位移。固体物质的这些辐射效应既与辐射的性质有关，也与固体物质本身的结构和性质（金属、离子晶体、玻璃态、有机物等），以及外界条件（特别是温度）等有关。

入射的辐射粒子与晶格上处于平衡状态的原子碰撞，使原子脱位，这种碰撞叫位移碰撞，被击出的原子叫位移原子。如果入射粒子由于碰撞失去了大部分的动能，剩下的动能不足以使它脱离空位，而留在此空位中，这种碰撞叫置换碰撞。引起位移碰撞的粒子，可以是辐射粒子，也可以是辐射产生的运动着的位移原子。

固体是由众多的原子有规则地排列在一起而成的，所以电离辐射与固体相作用时，是与一个原子集团相作用。当一个入射粒子通过晶体时，它把自己的能量通过碰撞和库仑作用（对带电粒子）转移给其径迹附近的原子，使它们处于激发态。这些激发态原子又把自己的能量传给与它们相邻的原子，于是在晶格内形成了一个被激发的区域。这个被激发了的区域，有点象楔子，把它叫做“楔”。“楔”又可细分为“位移楔”、“热楔”、“塑性楔”、“电子楔”和“裂片楔”等。

位移楔是由填隙原子（停留在晶格的间隙位置或亚稳位置上的位移了的原子）组成外壳层，内部包围着多达几个晶格位置的多重空位的一个楔形区域。它可看成是原子剧烈流动的结果。这种现象多半发生在重金属中，而且是在高速运动着的粒子射程的尾部。热楔是在入射粒子或位移原子转给其径迹附近的晶格原子的能量超过100电子伏，但又不足以使原子位移时，由于原子振动使这些能量在一有限的区域内突然以热能的形式释放出来而形成的一个瞬时高热区。热楔一般为球体，若形成热楔的碰撞之间的距离只有几埃，或随着运动粒子速度的减低，一个个孤立的小热楔可能相互重叠而形成一个柱形热楔。塑性楔是热楔和位移楔中产生的高温使物质膨胀，对周围产生很大压力而使周围晶格产生的塑性流动区。塑性流动仅在紧靠热楔中心的高应力区或位移楔周围的热压力区出现。裂片楔是电荷数很大且速度很高的裂变裂片或反冲核在固体中运动时产生的热楔、位移楔和塑性楔的混合体。

带电粒子或γ射线等通过固体物质时产生的电离和激发，会使化学键断裂，生成自由基。过剩电子和自由基可在固体中形成色心，而使固体着色、发光、分子分解等。分解反应是引起固体化学变化的主要来源。

能量特高的重粒子(如宇宙射线)轰击固体物时，由于转给介质原子的能量特别大，而在初级过程中这些能量集中在一极小区域内，所以除出现上述各种楔外，还可能出现核蒸发过程，这是由于原子获得巨额能量而使自身局部高速加热的结果。但一般射线，不发生此类现象。

加热或光辐照时，固体中产生的缺陷可在晶格中运动。随着缺陷(色心、点缺陷、位错)的运动，辐射造成的损伤可能被减轻，最终被消除。此过程称为“退火”。退火速率受扩散控制，而这些缺陷的扩散又与它们在晶格中移动的活化能有关。因此，温度（或光照）在退火过程中起着决定性的作用。升高温度有利于缺陷的退火。由此可见，辐射效应是温度的函数，这种效应可在辐照后加热而减轻，甚至完全消除(退火)。因此，研究缺陷的退火，对说明缺陷的基本性质和辐射损伤理论有重大意义，并且对如何正确地在辐射场中使用各种材料有很大的实际意义。

参考书目

1. F. Seitz and D. Turnbull，Solid State Physics，Vol. 2，Academic Press， New York， 1956.
2. G.J.Dienes and G.H.Vineyard，Radiation Effects in Solids，Interscience， New York， 1957.