Efectos de la Radiación en Materiales: Interacciones, Daños y Defectos

¿Cuál es la radiación más penetrante?

La radiación neutrónica es la más penetrante. Esto se debe a que los neutrones no poseen carga eléctrica (son eléctricamente neutros) y, por lo tanto, no pueden transferir energía a las capas electrónicas. Solo pueden interactuar con otros neutrones y protones a través de la llamada "interacción nuclear fuerte". En consecuencia, la profundidad de penetración de los neutrones en la materia es mucho mayor en comparación con los iones, electrones o rayos X, que sí poseen carga. En la materia, los neutrones pierden su energía produciendo rayos gamma y beta.

¿Qué tipo de interacciones pueden dispersar a los neutrones?

• Interacción elástica
• Interacción inelástica (por ejemplo, la emisión de rayos X)
• Interacción no elástica (transformación nuclear por emisión de partículas (n, p, partículas alfa))

¿Cuáles son los daños por dispersión?

Daño Principal: Cada proyectil (iones) generalmente se dispersa elásticamente varias veces en la red cristalina. Durante cada evento de dispersión se crean los llamados "Primary Knock-on Atoms" (PKA), es decir, átomos de la red que son golpeados en diferentes direcciones y con diferentes energías T (espectro de energía PKA).

Daño Secundario: Los PKA, a su vez, liberan su energía T mediante:

• Colisiones inelásticas con electrones
• Reacciones nucleares elásticas que generan defectos en la red cristalina

¿Cuáles son las dos reacciones elementales que generan los daños por irradiación?

Daños por Desplazamiento ("dpa"):

• Las partículas incidentes colisionan con la red de átomos.
• Los PKA causan el daño secundario.
• Como resultado, se desarrollan cascadas de desplazamiento. El resultado de dichas cascadas son varios defectos en la red.

Transmutación:

• Bajo la radiación neutrónica se pueden generar isótopos.

¿Cuáles son los principales mecanismos de daños por irradiación?

• Endurecimiento por irradiación (Irradiation Hardening)
• Formación de huecos o vacantes
• Transmutación del He (burbujas de He)

¿Qué es el "swelling" y de qué depende?

El "swelling" es un fenómeno que se traduce en un hinchamiento inaceptable del material. Depende de la generación de vacantes, la estructura de la red, la densidad y la temperatura.

Tipos de defectos

Vacantes: Se producen cuando falta un átomo en su sitio normal en la red cristalina.

• Origen: Pueden originarse durante la solidificación a alta temperatura o como consecuencia de los daños provocados por la radiación (intencionados).

Defectos intersticiales: Se producen cuando un átomo adicional se inserta en una posición habitualmente desocupada de la red cristalina. Los átomos intersticiales son mayores que los huecos intersticiales que ocupan y menores que los átomos reticulares que los rodean, lo que genera una distorsión de la red. Su número es prácticamente constante con la temperatura.

¿Qué son los "dislocation loops"?

Los "dislocation loops" se forman por un plano extra de átomos en el cristal. El vector de Burgers es perpendicular al plano que contiene la dislocación y paralelo al plano de deslizamiento. Existe una fuerte interacción entre dislocaciones de arista, de tal manera que se pueden llegar a aniquilar.