辐照效应

物质在辐射作用下所产生的现象

由于高能粒子或电磁波照射引起材料超导性能的变化。

生物辐照效应

电离辐射辐照可使生物细胞内遗传物质的结构发生改变,因而引起生物形形色色的性状突变。研究电离辐射辐照造成的生物效应学科称为放射生物学。在生物辐照效应，用照射量、比释动能和吸收剂量来衡量辐射剂量。

电离辐射对生物体的照射启动一系列过程时间尺度不同的阶段，大致可分为物理阶段、化学阶段、生物阶段。

（1）物理阶段：射线与细胞中的原子之间的相互作用，属于射线与物质相互作用的物理过程，主要是原子、分子被电离、激发的过程。

（2）化学阶段：物理阶段的电离和激发导致化学键的断裂和自由基的形成，化学活性高的自由基与细胞中成分发生快速化学反应，最终导致电荷回归平衡。

（3）生物阶段：开始是与残存化学损伤作用的酶反应，修复损伤的DNA，极小部分未修复损伤最终造成细胞死亡。

对人体来说，电离辐射可造成人体正常细胞的结构与功能变化，影响正常的新陈代谢过程，大剂量的辐照会危及生命，所以存在辐射源的场所，需要屏蔽以避免人体受到辐照，这属于辐射防护领域；另一方面，辐照可以杀死人体肿瘤细胞，可用来治疗肿瘤，核医学领域发展了γ刀、中子、质子和重离子辐照治疗。利用辐照生物效应，还可进行辐照育种、辐照杀虫和辐照灭菌。

材料辐照效应

材料辐照效应是射线粒子（中子、质子、重离子、电子、Gamma射线）与材料物质相互作用造成的材料物理、力学位能及组织成分与结构上的变化。材料辐照效应来自于入射到材料中的射线粒子与材料原子的相互作用，包括碰撞过程、缺陷形成过程和微观结构演化过程。材料辐照效应随射线的种类、能量、材料性质和辐照环境（温度、应力等）不同而变化。

在晶体中，辐照产生的各种缺陷一般称为辐照损伤(irradiation damage)。入射粒子与晶格原子碰撞，传递给靶原子的动能超过离位阈能（晶格点阵位置的束缚能）时，原子便可离开晶格位置，称为离位，造成的损伤称为离位损伤。对于金属材料，最简单的辐照缺陷是孤立的点缺陷，即弗仑克尔缺陷对（由一个离位原子变为间隙原子以及离位后的晶格空位组成）。直接被入射粒子碰撞产生离位的原子称为初级离位原子(PKA)，如果初级离位原子具有足够的动能，能够继续碰撞其他晶格原子，称为级联碰撞。一般情况下，中子与重离子辐照会造成级联碰撞，一个入射粒子辐照会在很小的体积内产生数百个弗仑克尔缺陷对。在一定温度下，间隙原子和空位可以迁移，从而彼此复合，或扩散到位错、晶界或表面等处而湮没，也可聚集成空位团或形成位错环。离位损伤可造成材料辐照硬化、辐照脆化、辐照蠕变和辐照肿胀。辐照缺陷还改变材料中原子扩散行为，并促使一系列由扩散控制或影响的过程加速进行，导致溶解，沉淀，偏聚等非平衡态。

在中子或者高能质子辐照情况下，核反应会产生嬗变核素。在反应堆中子辐照情况下，由于（n，p）和（n，Alpha）反应，造成材料中氢和氦增加，氢氦与离位损伤的共同作用，往往导致材料损伤更严重。

对于某些材料如高分子聚合物，陶瓷或硅酸盐等，另一类损伤，即电离损伤也很重要。入射粒子的另一部分能量转移给材料中的电子，使之激发或电离。这部分能量可导致健的断裂和辐照分解，相应的引起材料强度丧失，介电击穿强度下降等现象。

性质

在晶体中，辐照产生的各种缺陷一般称为辐照损伤。对于多数材料而言，主要是离位损伤。入射离子与材料中的原子核碰撞，一部分能量转换为靶原子的反冲动能，当此动能超过点阵位置的束缚能时，原子便可离位。最简单的辐照缺陷是孤立的点缺陷，如在金属中的弗仑克尔缺陷对（由一个点阵空位和一个间隙原子组成）。级联碰撞条件下，在约10 nm直径的体积内产生数百个空位和数百个间隙原子。若温度许可，间隙原子和空位可以彼此复合，或扩散到位错、晶界或表面等处而湮没，也可聚集成团或形成位错环。

一般地说，电子或质子照射产生孤立的点缺陷。而中等能量(10-100KeV)的重离子容易形成空位团及位错环，而中子产生的是两种缺陷兼有。当材料在较高温度受大剂量辐照时，离位损伤导致肿胀，长大等宏观变化。肿胀是由于体内均匀产生的空位和间隙原子流向某些漏（如位错）处的量不平衡所致，位错吸收间隙原子比空位多，过剩的空位聚成微孔洞，造成体积胀大而密度降低。辐照长大只有尺寸改变而无体积变化，仅在各向异性显著的材料中，由于形成位错环的择优取向而造成。离位损伤造成的种种微观缺陷显然会导致材料力学性能变化，如辐照硬化、脆化以及辐照蠕变等。辐照缺陷还引起增强扩散，并促使一系列由扩散控制或影响的过程加速进行，诸如溶解，沉淀，偏聚等，并往往导致非平衡态的实现。对于某些材料如高分子聚合物，陶瓷或硅酸盐等，另一类损伤，即电离损伤也很重要。入射粒子的另一部分能量转移给材料中的电子，使之激发或电离。这部分能量可导致健的断裂和辐照分解，相应的引起材料强度丧失，介电击穿强度下降等现象。

应用

1）电离效应：指反应堆中产生的带电粒子和快中子与材料中的原子相碰撞，产生高能离位原子，高能的离位原子与靶原子轨道上的电子发生碰撞，使电子跳离轨道，产生电离的现象。从金属键特征可知，电离时原子外层轨道上丢失的电子，很快就会被金属中共有的电子所补充，因此电离效应对金属材料的性能影响不大。但对高分子材料会产生较大影响，因为电离破坏了它的分子键。

2）离位效应：中子与材料中的原子相碰撞，碰撞时如果传递给阵点原子的能量超过某一最低阈能，这个原子就可能离开它在点阵中的正常位置，在点阵中留下空位。当这个原子的能量在多次碰撞中降到不能再引起另一个阵点原子位移时，该原子会停留在间隙中成为一个间隙原子。这就是辐照产生的缺陷。

3）嬗变：即受撞的原子核吸收一个中子，变成一个异质原子的核反应。中子与材料产生的核反应（n，α），（n，p）生成的氦气会迁移到缺陷里，促使形成空洞，造成氦脆。

4）离位峰中的相变：有序合金在辐照时转变为无序相或非晶态。这是在高能中子辐照下，产生离位峰，随后又快速冷却的结果。无序或非晶态被局部淬火保留了下来，随着注量增加，这种区域逐渐扩大，直到整个样品成为无序或非晶态。

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