辐射损伤(全部).ppt

§4.1 辐射对生物体的损伤 核技术应用与辐射防护 缺陷的形成会使金属的性质和行为发生变化，例如 （a）辐照生长 （b）辐照肿胀 （c）辐照蠕变 （d）辐照硬化和辐照脆化 总结－2 核技术应用与辐射防护 （a）辐照生长 点缺陷（空位或间隙原子）能在一定晶面上聚集，从而造成某些材料沿一定方向的尺寸随辐照而显著变化。辐照生长对各向异性的核燃料（如铀、钚）和结构材料（如石墨、锆）是一个很重要的问题。 （b）辐照肿胀 空位和惰性气体原子的聚集可以造成辐照肿胀。它表现为材料的体积和密度随辐照发生变化。核燃料在较高温度时以及快中子堆中的不锈钢都有肿胀问题。 核技术应用与辐射防护 （c）辐照蠕变 蠕变：在应力不变的情况下，应变随时间延长而增加的现象。 辐照蠕变是指辐照可以导致蠕变或加速热蠕变。 发生辐照蠕变的一种原因是：在应力作用下点缺陷将择优聚集，表现为位错的定向攀移或位错环的定向形成，结果材料的尺寸变化既和辐照有关又和应力矢量有关。 核技术应用与辐射防护 （d）辐照硬化和辐照脆化 点缺陷与贫化区的存在不仅会使金属发生硬化，表现为屈服强度提高，也会导致体心立方金属韧性－脆性转变温度上升，使材料经长期辐照后在其使用温度下变为脆性材料，这是辐照对反应堆压力壳体钢的重要威胁。此外，高温时气泡（如氦）在晶界的形成也会造成氦脆。 核技术应用与辐射防护 上述分析主要针对辐射损伤对金属材料的不利影响，事实上，在某些条件下，辐射损伤也可以导致金属性质向有利于应用的方向发展，甚至形成其他方法难以形成的新的合金相，这就是在第六章中将涉及的离子束金属改性与离子束冶金。 核技术应用与辐射防护 （2）半导体 研究对象：InSb、GaAs、Si、Ge等四类半导体霍尔器件，基本参数如表4-5所示。 表4-5 四类半导体霍尔器件的基本参数 电子 4 4×2×0.5 上海上大 HZ-1 Ge 电子 4 4×2×0.5 上海上大 HG Si 电子 4 2.5×4×1.2 TOSHIBA THS123 GaAs 电子 4 3×3×1.6 ASAHIKASEI HW-300B InSb 导电类型 管脚数 尺寸 /mm 厂家 型号 半导体 核技术应用与辐射防护 放射源：60Co 和137Csγ放射源。 图4-10 实验装置原理图 核技术应用与辐射防护 图4-11 Co-60辐照对半导体霍尔器件输入电阻的影响 部分实验结果 核技术应用与辐射防护 结果分析 点阵原子 缺陷 载流子 核技术应用与辐射防护 结果分析 表4-7 20分钟137Cs辐照对半导体霍尔器件输入电阻影响（12.5 ℃） 0.06 Ge 0.09 Si 1.0 GaAs 0.8 InSb 输入电阻变化量/Ω 半导体类型 表4-8 原子的位移阈能与相对质量 121.757(3) 6.8 Sb 114.82(1) 4.8 In 74.9216(2) 10.1 As 69.723(1) 8.8 Ga 72.61(2) 14.5 Ge 28.0855(3) 14.8 Si 相对质量/u 位移阈能/eV 原子名称 核技术应用与辐射防护 辐射对半导体的影响 ①射线辐照可通过位移效应在半导体内形成大量缺陷，进而影响半导体材料的导电性能。 ②射线辐照导致缺陷产生，并在半导体内形成附加能级。 Ge半导体经 60Co 辐照后，在价带和导带间存在2个附加能级，分别为 0.26 eV 和 0.20 eV；Si半导体经电子射线辐照后，当辐照温度为 300 K 时，价带和导带间存在 5 个附加能级。 核技术应用与辐射防护 辐射对半导体的影响 ③射线辐照形成的缺陷对半导体的最终导电类型也有明显影响，究竟如何影响必须考虑缺陷与杂质组态情况，而缺陷与杂质究竟如何作用，迄今为止尚不清楚。 n型 CdTe n型 InAs n型 AlSb P型 GaSb 200K辐照为P型 室温辐照为n型 InSb 本征 Si P型 Ge 最终导电类型 材料名称 表4-9 10MeV的氘核或中子流辐照后半导体材料的最终导电类型 核技术应用与辐射防护 辐射对半导体的影响 ④单粒子效应对深层空间运行的航天器中具有致命的威胁，在太阳耀斑强发生时期更是如此。例如，1971～1986年国外发射的39颗同步卫星中，由单粒子效应造成的故障占到辐射总故障的55％。 单粒子效应的种类很多，如下表所示。 核技术应用与辐射防护 因位移效应造成的永久损伤 单粒子位移损