固體輻射化學
正文
輻射化學的一個分支，研究電離輻射對固體物質的作用以及由此而產生的物質內部物理或化學變化的規律。電離輻射作用於固體物質時,能使固體物質產生顏色、晶型、硬度、強度、分解等變化。研究固體物質的輻射效應，有助於了解固體物質輻射效應的機理，研究固體的結構和性質及材料改性；並對反應堆的建造和發展、強輻射場中固體材料的使用價值和使用壽命，均有現實的意義。輻射損傷 電離輻射可使固體的結構產生各種類型的缺陷，除使原子（或分子）產生電離和激發外，還可使原子發生位移。電離輻射造成固體損傷，主要是由於電離輻射使固體中的原子發生位移而引起的。p、α、n等重粒子固然如此，能量＞0.5兆電子伏的γ、X、β射線等,也可使原子量在50～100之間的少量原子發生位移。固體物質的這些輻射效應既與輻射的性質有關，也與固體物質本身的結構和性質（金屬、離子晶體、玻璃態、有機物等），以及外界條件（特別是溫度）等有關。
入射的輻射粒子與晶格上處於平衡狀態的原子碰撞，使原子脫位,這種碰撞叫位移碰撞,被擊出的原子叫位移原子。如果入射粒子由於碰撞失去了大部分的動能，剩下的動能不足以使它脫離空位，而留在此空位中，這種碰撞叫置換碰撞。引起位移碰撞的粒子，可以是輻射粒子，也可以是輻射產生的運動著的位移原子。
固體是由眾多的原子有規則地排列在一起而成的，所以電離輻射與固體相作用時，是與一個原子集團相作用。當一個入射粒子通過晶體時，它把自己的能量通過碰撞和庫侖作用（對帶電粒子）轉移給其徑跡附近的原子，使它們處於激發態。這些激發態原子又把自己的能量傳給與它們相鄰的原子，於是在晶格內形成了一個被激發的區域。這個被激發了的區域，有點象楔子，把它叫做“楔”。“楔”又可細分為“位移楔”、“熱楔”、“塑性楔”、“電子楔”和“裂片楔”等。
位移楔是由填隙原子（停留在晶格的間隙位置或亞穩位置上的位移了的原子）組成外殼層，內部包圍著多達幾個晶格位置的多重空位的一個楔形區域。它可看成是原子劇烈流動的結果。這種現象多半發生在重金屬中，而且是在高速運動著的粒子射程的尾部。熱楔是在入射粒子或位移原子轉給其徑跡附近的晶格原子的能量超過100電子伏，但又不足以使原子位移時,由於原子振動使這些能量在一有限的區域內突然以熱能的形式釋放出來而形成的一個瞬時高熱區。熱楔一般為球體，若形成熱楔的碰撞之間的距離只有幾埃，或隨著運動粒子速度的減低，一個個孤立的小熱楔可能相互重疊而形成一個柱形熱楔。塑性楔是熱楔和位移楔中產生的高溫使物質膨脹，對周圍產生很大壓力而使周圍晶格產生的塑性流動區。塑性流動僅在緊靠熱楔中心的高應力區或位移楔周圍的熱壓力區出現。裂片楔是電荷數很大且速度很高的裂變裂片或反衝核在固體中運動時產生的熱楔、位移楔和塑性楔的混合體。
帶電粒子或γ射線等通過固體物質時產生的電離和激發，會使化學鍵斷裂，生成自由基。過剩電子和自由基可在固體中形成色心，而使固體著色、發光、分子分解等。分解反應是引起固體化學變化的主要來源。
能量特高的重粒子(如宇宙射線)轟擊固體物時，由於轉給介質原子的能量特別大，而在初級過程中這些能量集中在一極小區域內,所以除出現上述各種楔外,還可能出現核蒸發過程，這是由於原子獲得巨額能量而使自身局部高速加熱的結果。但一般射線，不發生此類現象。
缺陷退火 加熱或光輻照時，固體中產生的缺陷可在晶格中運動。隨著缺陷(色心、點缺陷、位錯)的運動，輻射造成的損傷可能被減輕，最終被消除。此過程稱為“退火”。退火速率受擴散控制，而這些缺陷的擴散又與它們在晶格中移動的活化能有關。因此，溫度（或光照）在退火過程中起著決定性的作用。升高溫度有利於缺陷的退火。由此可見，輻射效應是溫度的函式，這種效應可在輻照後加熱而減輕，甚至完全消除(退火)。因此，研究缺陷的退火，對說明缺陷的基本性質和輻射損傷理論有重大意義，並且對如何正確地在輻射場中使用各種材料有很大的實際意義。
參考書目
F. Seitz and D. Turnbull,Solid State Physics,Vol. 2,Academic Press, New York, 1956.
G.J.Dienes and G.H.Vineyard,Radiation Effects in Solids,Interscience, New York, 1957.
