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Degradação de materiais por radiação: diferenças entre revisões

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A interação entre uma partícula de nêutron altamente energético (entre 10 e 100 KeV) e a rede de um sólido qualquer causa danos na ligação dos [[átomos]] à rede. Devido à alta [[energia]] e à alta [[massa]], os átomos sofrem tipos de espalhamentos ([[Efeito Compton]], [[espalhamento de Rutherford]]) e podem ejetar e arrancar um átomo de sua posição natural na rede, provocando dois efeitos na estrutura cristalina: Uma vacância onde o átomo estava localizado, e um interstício onde o átomo ejetado foi hospedado.<ref name="tres">OLANDER, D. R. Fundamental Aspects of Nuclear Reactor Fuel Elements, Springfield: Oak Ridge, 1976, p.373-375.</ref>
De uma maneira simples, a interação e os efeitos oriundos dela podem ser explicados e classificados de acordo com o tempo, o evento ocorrido e o resultado na estrutura de rede do material alvo. Nesse texto, será tratado apenas de radiação proveniente de partículas de nêutrons de alta energia, onde sua ocorrência é mais significativa em [[reator nuclear|reatores nucleares]]. O primeiro átomo a ser ejetado e ser arrastado pelo nêutron é chamado de átomo primário arrastado (PKA, sigla do inglês primaryPrimary knockKnock-on atomAtom).<ref name="tres" />
Após a primeira colisão, o nêutron ainda possui grande energia e pode ir colidindo com outros átomos até que ele se desacelere e perca a energia. Em cada colisão, se a energia do nêutron for suficientemente grande, ele pode interagir com outros átomos, arrastando-os e deslocando-os de sua estrutura de rede original. Esse tipo de interação chama-se “átomos de arrastamento de secundários".<ref name="tres" />
Esse processo possui um [[efeito dominó]], onde várias vacâncias e vários interstícios são gerados a partir de um único nêutron. Se suas energias forem muito altas após a colisão, os átomos deslocados também podem se colidir com outros átomos e assim deslocá-los. Esses átomos recebem o nome de átomos de recuo. A tabelaTabela 2 ilustra os eventos, os tempos após a colisão e também o resultado esperado.
 
Tabela 2: Relação entre o tempo, o evento e o resultado a partir da radiação.<ref name="quatro">WAS, G. S. Nuclear Engineering and Radiological Science, Berlin: Springer, 2007, p. 3-4.</ref>
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|>10<sup>-8</sup>s||Reações: Defeitos por migração térmica||Recombinações, vacâncias, armadilhamentos, interstícios
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A tabelaTabela 2 e o texto acima podem ser descritos em seis fases, ou eventos diferentes. Essas fases são os processos envolvidos na interação da radiação com o [[sólido]]. Ei-las:<ref name="quatro" />
 
1) Interação de um nêutron altamente energético com um átomo da rede.<br />
 
2) Transferência de [[energia cinética]] para o átomo na rede, resultando no átomo primário arrastado (PKA primary- Primary Knock-on atomAtom);<br />
 
3) Deslocamento do átomo de seu local natural da rede;<br />
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== Efeito da Radiação em Metais ==
A radiação em [[metais]] provoca conjuntos de vacâncias e intersticiosinterstícios na estrutura de rede. Esses defeitos podem ficar agrupados e dificultar o escorregamento dos planos atômicos, quando o metal sofre deformação mecânica. Esse é um efeito similar a adicionar impureza numa estrutura de rede de um metal. Esses dois processos provocam mudanças nas propriedades [[macroscópico|macroscópicas]] nos metais. Geralmente, após a irradiação, a [[plasticidade]] e a [[ductilidade]] é diminuidadiminuída, enquanto que a [[dureza]] é aumentada. Fatores como temperatura de trabalho, de forjamento, dureza, ductilidade podem variar conforme a taxa de fluência de nêutrons e a dose total no metal. Na tabelaTabela 3, está mostrado o efeito da irradiação por nêutrons em metais.
Tabela 3: Efeito da radiação em Metais.<ref name="dois" />
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==Efeitos sobre Polímeros ==
A interação da radiação sobre [[polímeros]] ocorre quando a energia da radiação é igual aà energia de ligação dos átomos do polímeros. Dessa forma, só ocorre para determinadas energias. Os danos são irreversiveisirreversíveis. E habitualmente, são dois efeitos: quebra na cadeia e ligações cruzadas.
Quando a energia é suficiente para quebrar a ligação por completo na cadeia de um polímero, os efeitos são a diminuição do [[módulo de Young]], diminuição da dureza e perda de plasticidade.
Quando a energia da radiação promove apenas a quebra de uma ligação atômica acarretando na ligação cruzada, os efeitos são os seguintes: aumento do módulo de Young, aumento da fragilidade.<ref name="dois" />
 
==Efeitos sobre Cerâmicas e Vidros ==
Materiais [[cerâmica|cerâmicos]] são resistentes para doses menores que 10<sup>9</sup> rads e fluência de nêutrons menores que 10<sup>19</sup> n/cm². Para taxas de fluência e doses maiores ocorrem efeitos de deslocamentos atômicos na rede. Além disso, para cerâmicas a base de [[Boro]] e de [[Berílio]] forma-se [[Hélio]] oriundo da interação do nêutron com esses átomos. MateiriasMateriais com esses dois elementos tem sua fragilidade aumentada quando irradiados com nêutrons.
Em [[vidros]] a base de [[borosilicatos]] ocorre o mesmo fenômeno: a formação de Hélio. O Hélio formado é em estado [[gasoso]] provocando aumento da fragilidade no vidro.
Em vidros a base de [[silicatos]] ocorre o aumento da [[densidade]], pois pelo fato de o vidro ser um [[material amorfo]], os átomos atingidos ficam mais compactos, diminuindo o volume do vidro e assim aumentando sua densidade.<ref name="dois" />
 
==Efeito sobre Semicondutores ==
[[Semicondutores|Estruturas semicondutoras]] possuem estruturas de rede com átomos muito bem ordenados. A irradiação por nêutrons acarreta em vacâncias e intersticiosinterstícios. Que, por sua vez, provocam o aumento dos centros de recombinação provocando degradação da estrutura de rede e diminuindo o rendimento dos dispositivos. Além disso, dependendo da dose e do tempo da irradiação, pode provocar aquecimento na região irradiada. Isso é o mesmo que um tratamento térmico naquela região provocando difusão dos átomos daquela região para outras. Isso gera ilhas de defeitos degrandandodegradando a estrutura de rede e, também, diminuindo o rendimento do semicondutor.<ref name="dois" />
 
{{referências}}
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