輻照石墨電極材料中的缺陷-偉名石墨

輻照石墨電極材料中的缺陷

在通常的反應堆工作溫度下，間充原子極其活躍，大多數位移原子回到空的點陣結點上去。石墨電極材料中殘存的輻照損傷是由于從一些穩定混合物形成了間充原子的聚集體，這些復合物的分布取決于它們在不同溫度下的穩定性，以及它們的形成速率和使它們破壞的輻照效應。在任何溫度下，復合物的數量都達到某一飽和值，這一數值隨輻照溫度增加而下降。有些復合物作為核心而形成間充環，一旦核心形成，間充環就無限生長。溫度足夠高時，空穴發生移動，形成空穴環。

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

在一個理想的晶體中，間充環均勻成核，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。多晶石墨電極材料中，不均勻成核發生在晶粒邊界上，在這種情況下定量研究是困難的，但是在標準的堆石墨中，好像是溫度高于300℃時，不均勻成核占主導地位。低于這一溫度，成核是均勻的。

間充環的生長速率取決于兩個主要因素：它們的平均間隔和空穴的性質與數量。間隔大的間充環，由于增加了復合的幾率，生長速度遠遠小于間隔小的環。這個結果說明，在均勻成核區(300℃以下）輻照損傷對溫度有著強烈的依賴關系。在300℃以上，依賴關系則比較小。空穴以三種形式發生，單個空穴及小空穴團，表現像點一樣的小缺陷，很容易和間充原子復合。空穴環發生在空穴可移動的溫度（500℃以上）之下，如果溫度太低，以致空穴不能移動，這些空穴環就不能形成。但是一般已認為，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理如下：輻照時，每個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。一些小的空穴復合物偶然形成并坍塌，以致妨礙了與間充原子的再結合，這樣就使得一些數量的空穴得以擇優生長。摘錄了各種條件下產生的一些缺陷類型。

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