輻照石墨電極材料中的缺陷

輻照石墨電極材料中的缺陷

在通常的反應(yīng)堆工作溫度下，間充原子極其活躍，大多數(shù)位移原子回到空的點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上去。石墨電極材料中殘存的輻照損傷是由于從一些穩(wěn)定混合物形成了間充原子的聚集體，這些復(fù)合物的分布取決于它們?cè)诓煌瑴囟认碌姆€(wěn)定性，以及它們的形成速率和使它們破壞的輻照效應(yīng)。在任何溫度下，復(fù)合物的數(shù)量都達(dá)到某一飽和值，這一數(shù)值隨輻照溫度增加而下降。有些復(fù)合物作為核心而形成間充環(huán)，一旦核心形成，間充環(huán)就無限生長(zhǎng)。溫度足夠高時(shí)，空穴發(fā)生移動(dòng)，形成空穴環(huán)。

用透射電子顯微鏡進(jìn)行觀察時(shí)，可以在150℃以上輻照過的石墨晶體中看到空穴和間充環(huán)。通常用暗場(chǎng)觀察，在暗場(chǎng)下選擇特殊的衍射束，以形成映像。低溫時(shí)缺陷顯示為黑點(diǎn)或白點(diǎn)，但是在較高的溫度下，能夠看到輪廓分明的環(huán)，可以確切地識(shí)別它們的特征。

在一個(gè)理想的晶體中，間充環(huán)均勻成核，隨著溫度的增加，它們的分離也迅速增加。不均勻成核，能由幾種方法誘導(dǎo)。多晶石墨電極材料中，不均勻成核發(fā)生在晶粒邊界上，在這種情況下定量研究是困難的，但是在標(biāo)準(zhǔn)的堆石墨中，好像是溫度高于300℃時(shí)，不均勻成核占主導(dǎo)地位。低于這一溫度，成核是均勻的。

間充環(huán)的生長(zhǎng)速率取決于兩個(gè)主要因素：它們的平均間隔和空穴的性質(zhì)與數(shù)量。間隔大的間充環(huán)，由于增加了復(fù)合的幾率，生長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于間隔小的環(huán)。這個(gè)結(jié)果說明，在均勻成核區(qū)(300℃以下）輻照損傷對(duì)溫度有著強(qiáng)烈的依賴關(guān)系。在300℃以上，依賴關(guān)系則比較小。空穴以三種形式發(fā)生，單個(gè)空穴及小空穴團(tuán)，表現(xiàn)像點(diǎn)一樣的小缺陷，很容易和間充原子復(fù)合。空穴環(huán)發(fā)生在空穴可移動(dòng)的溫度（500℃以上）之下，如果溫度太低，以致空穴不能移動(dòng)，這些空穴環(huán)就不能形成。但是一般已認(rèn)為，在很高的輻照劑量下，可以形成坍塌的空穴線，這些空穴成a方向的收縮。這些坍塌的空穴線形成的機(jī)理如下：輻照時(shí)，每個(gè)原子可以位移許多次，雖然僅有很小一部分位移原子保留下來。一些小的空穴復(fù)合物偶然形成并坍塌，以致妨礙了與間充原子的再結(jié)合，這樣就使得一些數(shù)量的空穴得以擇優(yōu)生長(zhǎng)。摘錄了各種條件下產(chǎn)生的一些缺陷類型。