Công nghệ xạ Giảng viên: PGS TS Trần Đại nghiệp Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân Viện Năng lượng Nguyên tử Việt nam Chương I Các trình hoá xạ CHất rắn Sự phân tích xạ chất rắn 1.1 Các trình hoá lý - Các trình hoá lý chủ yếu Cũng giống thể vật chất, thể khí, thể lỏng, trình chủ yếu diễn xạ tác dụng với thể rắn trình ion hoá kích thích Tuy nhiên, có khác biệt nhiều trường hợp xảy trình phá vỡ cấu trúc tạo thành khuyết tật Việc hình thành khuyết tật có ảnh hưởng lớn tới tính chất vật lý hoá lý vật rắn bị chiếu xạ - Năng lượng dịch chuyển Sự dịch chuyển nguyên tử diễn chủ yếu va chạm đàn hồi Thông thường loại vật liệu, tồn lượng ngưỡng Edc đó, nguyên tử nhận lượng E Edc có dịch chuyển khỏi nút mạng Edc gọi lượng dịch chuyển Về thực chất động nhỏ nguyên tử bứt khỏi nút mạng Nó phụ thuộc vào chất vật liệu khối lượng nguyên tử, có giá trị nằm khoảng từ đến 80eV Bảng giới thiệu số giá trị Edc - Năng lượng ngưỡng tạo khuyết tật Theo định luật bảo toàn lượng xung lượng, để dịch chuyển nguyên tử khỏi nút mạng, lượng xạ bắn phá phải đạt tới ngưỡng Năng lượng gọi lượng ngưỡng Eng Bảng Giá trị Edc số vật liệu Vật liệu Edc, eV Al 32 Cu 22 Ag 28 Fe 24 Si 20,4 Kim cương 80 Graphit 25 40 NaCl 7,8 (Cl) InSb 5,7 6, 4(In); 6,6 6,9(Sb) Bảng giới thiệu giá trị lượng ngưỡng Eng electron số vật liệu Bảng Năng lượng Eng electron số vật liệu Vật liệu Eng, eV Ge 370 Si 215 InSb 240(In) 290 400(Sb) CdS 290(Cd) 115(S) ZnTe 110235(Zn) 300(Te) MgO 330(O) BeO 400(O) NaCl 290 320 (Cl) - Thời gian tạo khuyết tật Sự dịch chuyển nguyên tử xảy nhanh Chẳng hạn sắt Edc = 24 eV, vận tốc đạt tới 9,1 x 105 cm/s khoảng thời gian quãng đường số mạng (~0.2nm) t ~ 2, x 10-14 s Nói chung, trình dịch chuyển nguyên tử thực khoảng thời gian 10-14 10-13s - Sự phá huỷ cấu trúc Sự phá huỷ cấu trúc chia thành hai nhóm: 1) nhóm khuyết tật điểm 2) nhóm khuyết tật có kích thước Nhóm khuyết tật thứ bao gồm lỗ trống, nguyên tử nút, nguyên tử tạp, tâm mầu Nhóm khuyết tật thứ hai bao gồm biến vị, dịch chuyển, khoang trống v.v 1 Khuyết tật điểm - Lỗ trống Lỗ trống xuất nguyên tử ion rời khỏi vị trí nút mạng Các lỗ trống cation ( ion dương rời vị trí) anion (khi ion âm rời vị trí) Một cặp lỗ trống anion cation gọi khuyết tật Shotki Các lỗ trống có ảnh hưởng lớn tới tính chất vật lý kim loại: thay đổi độ dẫn, thay đổi mật độ v.v Nguyên tử nút Lỗ trống Hình 1: Khuyết tật Schottky - Nguyên tử nút Nguyên tử nút nguyên tử rời khỏi vị trí chúng tinh thể lại không chiếm vị trí nút mạng cả, mà nằm nút mạng Trên nguyên tắc loại khuyết tật nguyên tử loại với nguyên tử vật chủ, nguyên tử tạp chất Như chiếu xạ, đồng thời xuất nguyên tử nút mạng lỗ trống Một cặp khuyết tật gọi khuyết tật Frenkel - Dịch chuyển tầng Nguyên tử nút chủ yếu xuất trình tương tác hạt nặng mang điện, ion gia tốc, mảnh phân hạch, nơtron với vật chất Trong trường hợp này, lượng truyền cho nguyên tử dịch chuyển đạt tới hàng chục - hàng trăm keV, nghĩa lớn nhiều so với Eng Với lượng đó, nguyên tử dịch chuyển (hay nói ion) hạt gia tốc Khi chuyển động chất rắn, chúng gây trình ion hóa kích thích nguyên tử khác đường đi, tạo dịch chuyển thác hay dịch chuyển tầng dừng hẳn nguyên tử dịch chuyển; o lỗ trống; hạt ion hoá Hình 2: Dịch chuyển tầng Bức xạ gamma electron nhanh tạo dịch chuyển nguyên tử Tuy nhiên, nguyên tử dịch chuyển có lượng tương đối thấp khả tạo dịch chuyển tiếp theo, hay nói cách khác không tạo dịch chuyển tầng Chính vậy, hiệu ứng tổng xạ gamma electron nhanh để tạo nguyên tử nút, nhỏ vài bậc so với hiệu ứng nơtron hạt nặng mang điện - Khuyết tật ngưỡng Trong thực tế, xuất nguyên tử dịch chuyển lượng nhỏ Eng Có thể giải thích tượng sau: kết ion hóa lớp vỏ điện tử bên tinh thể, chuyển tiếp Auger có xác suất đó, sau xảy trao đổi điện tích ion vào trạng thái tĩnh điện không bền vững tương tác Coulomb, dao động nhiệt, ion bị đẩy khỏi nút mạng Cơ chế gọi chế Varly e- Hình 3: Cơ chế tạo khuyết tật ngưỡng - Nguyên tử tạp Nguyên tử tạp chất rắn tạo kết trình phân hạch hạt nhân nguyên tử biến đổi hạt nhân khác, trình chuyển động chậm dần hạt bắn phá Việc tạo nguyên tử tạp có ý nghĩa quan trọng trường hợp chất bán dẫn, có mặt tạp chất với lượng nhỏ ảnh hưởng tới tính chất điện lý chất bán dẫn Quá trình ứng dụng rộng rãi thực tế, đặc biệt trình cấy ion - Các tâm màu Đây loại khuyết tật mạng tinh thể hấp thụ ánh sáng vùng phổ mà phổ hấp thụ tinh thể Thoạt đầu người ta gọi tâm màu lỗ trống anion sau chiếm đoạt số electron Hiện tâm màu coi dạng khuyết tật điểm hấp thụ ánh sáng phổ hấp thụ thân tinh thể - Khuyết tật phức Khi khuyết tật điểm tương tác với nguyên tử tạp, tạo khuyết tật phức - Lỗ hổng Khi chiếu xạ lâu, xuất quần thể khuyết tật điểm gồm từ 2, nhiều lỗ trống Quần thể không bền vững so với khuyết tật đơn lẻ Loại khuyết tật tạo lỗ hổng đặc trưng cho trình chiếu nơtron kim loại hợp kim 1 Khuyết tật có kích thước Khuyết tật có kích thước loại khuyết tật chiếm không gian khoảng cách nguyên tử Có thể phân số loại khuyết tật sau: - Khuyết tật biến vị Khuyết tật biến vị tuyến mà dọc theo hay gần nó, cấu trúc hai chiều thông thư ờng nguyên tử bị phá vỡ Chẳng hạn nguyên tử đồng nhận lượng 20 keV, thoát vị di chuyển khoảng 1000 nm Trên khoảng cách có vài nghìn nguyên tử đồng khác, nguyên tử nhận đư ợc khoảng eV Năng lượng vượt lượng nóng chảy Quá trình giải phóng lượng diễn nhanh khoảng 10-11 - 10-12 s; vật chất bị nguội nhanh Quá trình nóng chảy nguội làm dịch chuyển tất nguyên tử phạm vi tạo khuyết tật biến vị - Khuyết tật bọt khí Đố khuyết tật đặc biệt dạng khoang rỗng chứa đầy khí Nó tạo có phản ứng hạt nhân với sản phẩm dạng khí Ví dụ : Li(n, )T, 10B(n, )7Li, 25Mg(n, )22Ne Những bọt khí làm thay đổi đáng kể tính chất học chất rắn Chúng nguyên nhân tượng phồng rộp nhiên liệu hạt nhân số sản phẩm phân hạch thể khí xenon, kripton ) làm cho kim loại hợp kim trở nên ròn Kim loại hợp kim Kim loại ví khung ion dương nhúng vào chất khí electron Do trình kích thích ion hoá xạ gây không ảnh hưởng tới tính chất kim loại Bản thân kim loại không chiếu xạ chứa nhiều ion electron Tuy nhiên hiệu ứng xuất va chạm đàn hồi tác động mạnh tới tính chất vật lý, hoá lý kim loại Có thể kể số hiệu ứng sau - Phồng rộp xạ Ngoài phồng rộp sản phẩm khí gây trình tương tác xạ với vật chất nói phần trên, có tượng phồng rộp xạ Nó thường xuất trình chiếu xạ nhiệt độ 0,22 - 0,55Tnc (Tnc - nhiệt độ nóng chảy kim loại hợp kim) Nguyên nhân 1) tạo thành lỗ hổng kim loại hợp kim nguyên tử mạng có khuynh hướng tương tác với khuyết tật biến vị 2) kết hợp lỗ trống lại thành lỗ hổng ở nhiệt độ 0,22Tnc tốc độ khuếch tán nguyên tử mạng lỗ trống tương đối nhỏ, tượng phồng rộp xảy Chính hiệu ứng phồng rộp hạn chế việc sử dụng urani tinh khiết nhiên liệu Người ta hạn chế hiệu ứng việc tạo loại gốm urani - molipđen, urani - ziriconi - Độ dẫn điện Độ dẫn điện kim loại bị ảnh hưởng trình chiếu xạ, lý chuyển động tương tác điện tử chịu tác động khuyết tật - Tính chảy siêu chảy Tính chảy trường hợp riêng tính đàn hồi Nó biến dạng vật rắn tác động ngoại lực nội Khi chiếu xạ tính chảy tăng lên, nguyên nhân phân ly khuyết tật điểm quanh khuyết tật biến vị, làm cho chúng gắn lại với tạo quần thể khuyết tật Khi chiếu xạ nơtron tính siêu chảy urani tăng lên 50 - 100 lần Trong trường hợp này, người ta gọi urani có tính siêu chảy Hiệu ứng làm cho nhiên liệu bị biến dạng - Tính giòn Đối với chất rắn, hấp thụ lượng kể lượng xạ nhiệt, nhiệt độ vượt nhiệt độ Tr đó, chuyển từ trạng thái đàn hồi sang trạng thái giòn với lý liên kết mạng bị phá huỷ nhiệt độ lớn 0,5Tnc số hợp kim dùng lò phản ứng, bắt đầu quan sát thấy tượng giòn hoá xạ nhiệt độ cao Nguyên nhân tượng giòn sớm liên quan tới phản ứng (n,) tác dụng nơtron nhiệt, chủ yếu với nguyên tử 10Bo chứa hợp kim Sự xuất lỗ rỗng với khí hêli có làm cho vật liệu trở nên giòn tạo thành vết nứt 1 Chất bán dẫn Bán dẫn chất có độ dẫn riêng phần nằm độ dẫn kim loại chất cách điện (chẳng hạn Ge, Si, Te, Se, As, ) Thông thường chất bán dẫn, mật độ mang điện phần tử thấp, nhạy với tác dụng xạ - Độ dẫn Khi chiếu xạ chất bán dẫn, xuất khuyết tật điểm (nguyên tử nút lỗ trống), khuyết tật phức tương tác khuyết tật với nhau, khuyết tật với tạp chất với mạng bị phá huỷ Một số khuyết tật có hoạt tính cao Phụ thuộc vào số yếu tố, chúng khuyết tật cho hay nhận electron chúng làm thay đổi độ dẫn chất bán dẫn Độ dẫn, F, thông lượng xạ Hình 4: Sự phụ thuộc độ dẫn vào thông lượng nơtron nhanh F:1)n - Ge 2) p - Ge Hình giới thiệu phụ thuộc độ dẫn n-Ge p-Ge vào thông lượng nơtron nhanh F, p-Ge độ dẫn suy giảm theo thông lượng, n-Ge lúc đầu độ dẫn suy giảm, sau tăng dần - Tạo hợp chất bán dẫn xạ Người ta dùng trình biến đổi hạt nhân chất bán dẫn bắn phá chúng hạt ion gia tốc để tạo hợp chất bán dẫn Phương pháp thứ hai gọi phương pháp cấy ion, sử dụng chủ yếu với phim mỏng Nhờ phản ứng hạt nhân, đưa tạp chất phân bố hợp chất bán dẫn Chẳng hạn người ta tạo hợp chất Si với P cách chiếu nơtron nhờ phản ứng 30Si14(n, )31Si14 - > 31P15 Như xạ làm thay đổi mạnh mẽ tính chất chất bán dẫn Tinh thể kiềm Dưới tác dụng xạ tinh thể kiềm LiF, NaCl, KBr xảy trình khác như: tạo tâm màu, tạo kim loại halogen phân tử, tích tụ điện tích, thay đổi tính chất học Ta xem số trình điển hình Tạo tâm màu Tâm màu tạo trình chiếu xạ tinh thể kiềm, chia làm hai loại: tâm màu electron tâm màu lỗ trống - Tâm màu electron Electron bị lỗ trống anion bắt giữ trở thành tâm màu electron Các tâm hấp thụ bước sóng đặc trưng vùng tử ngoại, vùng nhìn thấy vùng cận hồng ngoại Vị trí đỉnh hấp thụ phụ thuộc mạnh vào tính chất halogen Ví dụ: max(LiF) = 250 nm; max(LiCl) = 385 nm; - Tâm màu lỗ trống Tâm màu lỗ trống tinh thể kiềm xuất lỗ trống định vị ion halogen Các tâm màu lỗ trống xuất đồng thời với tâm màu electron Sự kết hợp chúng khôi phục lại cấu trúc mạng Các vạch hấp thụ quang học tâm lỗ trống chủ yếu nằm vùng tử ngoại nhìn thấy Tuy nhiên, khác biệt so với tâm màu electron bề rộng đỉnh phổ nửa chiều cao W1/2 thư ờng lớn thường lệch phía tử ngoại Bảng giới thiệu bước sóng đỉnh hấp thụ W1/2 số chất Bảng Các giá trị max W1/2 số chất Tâm lỗ trống max, Tâm electron max, nm nm (W1/2, eV) (W1/2, eV) NaCl 330(1,32) 458(0,74) KCl 345(0,75) 556(0,36) Chất - Hiệu suất hoá xạ G hiệu suất tích luỹ khuyết tật Hiệu suất tích luỹ khuyết tật đại lượng tỷ lệ với lượng xạ ion hoá tiêu tốn để tạo khuyết tật, hay nói xác hơn, hiệu suất tích luỹ khuyết tật số khuyết tật sinh vật chất hấp thụ 1eV, hiệu suất hoá xạ G số khuyết tật sinh vật chất hấp thụ 100eV Mối tương quan hai đại lượng sau: G = 100 (26) Sản phẩm cuối trình phân tích xạ Sản phẩm cuối trình phân tích xạ tinh thể kiềm kim loại kiềm phân tử halogen Hiệu suất sản phẩm nhỏ Chẳng hạn để tạo phân tử kim loại kiềm phải cần tới từ 107 - 109eV, hay giá trị G 10-5 - 10-7 nguyên tử/100eV Sự thay đổi tính chất vật lý học tinh thể kiềm chiếu xạ - Sự phát xạ khuyết tật trình nung nóng Việc tạo thành tích luỹ khuyết tật tinh thể kiềm làm thay đổi tính chất lý vật liệu Khi nung nóng, khuyết tật bị biến phần toàn Quá trình nung nóng thường kèm theo phát xạ Cường độ phát xạ tỷ lệ với liều lượng hấp thụ Người ta sử dụng tính chất để chế tạo liều kế nhiệt phát quang (TLD) chẳng hạn LiF, CaF - Sự tích luỹ điện tích Khi chiếu xạ tích luỹ điện tích tỷ lệ với liều lượng liều lượng cao xảy tượng phóng điện - Sự suy giảm mật độ Một số chất LiF, chiếu nơtron xảy phản ứng 6Li( n, )T với việc xuất khí heli triti Các khí thoát làm cho mật độ vật chất giảm (có thể tới 10%) Triti thoát dạng T2 TF 1 Oxit Nói chung loại oxit tương đối bền vững với xạ Các khuyết tật xạ chủ yếu oxit nhóm kim loại kiềm thổ tâm màu electron lỗ trống Các tâm màu xuất thay đổi hoá trị kim loại oxit Điển hình hình thành khuyết tật thông qua trình thay đổi hoá trị oxit xeri Ce4+ + e- ->Ce3+ CeO2 > Ce2O3 Thuỷ tinh (27) (28) Thuỷ tinh loại vật liệu vô định hình thể rắn, chiếm vị trí trung gian thể rắn thể lỏng Tính chất điển hình thuỷ tinh tính suốt Những năm gần đây, việc quan tâm tới tính chất xạ thuỷ tinh thể ngày tăng Chúng dùng để làm đông cứng bã thải phóng xạ để cố định nguồn phóng xạ 90Sr 90 Y (nguồn phóng xạ bêta) Tất nhiên hiệu ứng tạo khuyết tật làm hỏng cấu trúc vật lý thuỷ tinh hiệu ứng không mong muốn Tuy nhiên người ta lại quan tâm tới đổi màu xạ thuỷ tinh Thuỷ tinh thạch anh (SiO2) chiếu xạ thường xuất vạch quang phổ hấp thụ bổ sung vùng tử ngoại vùng ánh sáng Việc xuất vạch phụ thuộc vào loại xạ đặc biệt loại tạp chất chứa thuỷ tinh Ngoài thay đổi tính chất quang phổ, chiếu xạ làm thay đổi tính chất hoá lý thuỷ tinh, ví dụ độ dẫn điện, tính thẩm thấu, mật độ, độ bền học Các biến đổi thường mang tính thuận nghịch, nghĩa đốt nóng, khôi phục lại tính chất ban đầu 1 Các hợp chất vô khác - Nhóm azit Nhóm azit thường đặc trưng có mặt nitơ Khi chiếu xạ nitrit thường xảy trình phân tích xạ 2MN3 > 2M + 3N2 (29) - Nhóm peclorat Khi chiếu xạ nhiệt độ phòng tạo gốc muối với hiệu suất hoá học (G) khác Ví dụ: NaClO4 -> ClO-4(3,76), ClO-3(2,8), ClO-2(0,15), ClO2(0,59), ClO-(0,1), Cl-(0,12), O2 (30) (2,15) - Nhóm hyđroxit Nhóm tương đối bền vững với xạ Khi chiếu xạ, tạo gốc tự sản phẩm khác nhau, ví dụ: Mg(OH)2 -> Mg+, OH-, O H > MgO, H2, O2, H2O O H + e- > OH O H + oh- > O- + H2O OH- -> O- + H (31) Các chất hữu rắn Nói chung trình biến đổi hoá xạ chất hữu rắn diễn mạnh chất vô rắn Sản phẩm chủ yếu trình hợp chất bền Bảng giới thiệu trình chiếu xạ gamma axetat kali glixin nhiệt độ phòng Bảng Sản phẩm chiếu xạ gamma hiệu suất G số hợp chất hữu rắn Chất Sản phẩm G, phân tử/100eV Axetat kali H2 0,71 (KC2H3O2) CO2 0,17 CH4 0,27 C2H6 0,056 glixin NH3 4,8 (axit amimo axetic) CH3COOH 2,3 (CH2NH2COOH) CHOCOOH 2,0 Các trình xạ nhiều pha Quá trình xạ nhiều pha trình xảy tác động xạ ranh giới hai hay nhiều pha, có pha pha rắn Đây trình phức tạp chế chúng chưa hoàn toàn sáng tỏ Quá trình hấp phụ kích thích xạ Dưới tác dụng xạ ion hoá, hoạt tính hấp phụ nhiều chất tăng lên, ta nói hấp phụ kích thích xạ Hiệu ứng hấp phụ phụ thuộc vào số yếu tố sau đây: - Bản chất chất hấp phụ Độ hấp phụ chất bán dẫn thay đổi bị chiếu xạ, ví dụ oxy hyđro Trong chất cách điện, tính chất thay đổi rõ rệt, chẳng hạn silicagel - Liều lượng hấp thụ Tính hấp phụ silicagel tăng lên theo liều, đạt tới mức bão hoà liều lượng lớn suy giảm liều lượng lớn Điều phù hợp với mô tả mô hình truyền lượng - Loại xạ Khi chiếu nơtron độ hấp phụ silicagel mạnh so với gamma Bề mặt silicagel phân tán có dạng OH OH Si Si O O (33) O Khi chiếu xạ dung tích hấp phụ silicagel tăng lên, đặc biệt hyđro, nitơ, amoniac, CO2, etylen Sự biến đổi hoạt tính hấp thụ xạ liên quan tới hình thành khuyết tật bề mặt chúng trở thành tâm bắt bổ sung Thêm vào đó, khuyết tật chủ yếu xuất pha khác với pha rắn, nơi liên kết có lượng tương đối nhỏ 2 Phân tích xạ chất bị hấp phụ Nói chung phân tích xạ vật chất trạng thái bị hấp phụ khác với phân tích xạ chất trạng thái bình thường - Thứ nhất: hiệu suất lớn trạng thái bình thường - Thứ hai: xuất sản phẩm khác so với trạng thái bình thường Nguyên nhân hiệu ứng lượng hấp thụ từ xạ, chất bị hấp phụ nhận thêm lượng từ chất hấp phụ Xúc tác nhiều pha xạ Quá trình hấp phụ kích thích xạ trình phân tích xạ chất bị hấp phụ, thực chất giai đoạn xúc tác nhiều pha xạ Tuy nhiên, trình xúc tác diễn điều kiện động lực học: liên tục thay đổi lớp vật chất bị hấp phụ liên tục thoát sản phẩm phản ứng Có thể phân biệt trình xúc tác nhiều pha xạ: - Quá trình xúc tác với chất xúc tác chiếu xạ sơ Sự biến đổi hoạt tính chất xúc tác chiếu xạ sơ bộ, liên quan tới việc tạo tâm kích hoạt sống lâu Việc sử dụng chất xúc tác giống việc sử dụng chất xúc tác nhiệt độ cao, chất xúc tác chiếu xạ, hoạt động nhiệt độ thấp Thực tiễn cho thấy, chất xúc tác xạ làm tăng hoạt tính xúc tác Bảng giới thiệu hiệu ứng tăng hoạt tính xúc tác xạ phản ứng trao đổi đơteri hyđro H2 + D2 > 2HD (34) Bảng Hiệu ứng tăng hoạt tính xạ Chất xúc tác Bức xạ Hiệu ứng xúc tác Al2O3 Tăng tới 2000 lần Al2O3 n, Tăng - 10 lần SiO2 ,n MgO Tăng không đáng kể Tăng 20 lần - Quá trình xúc tác chiếu toàn hệ xúc tác Hiệu ứng xúc tác trường hợp mạnh so với trường hợp chiếu xạ sơ ảnh hưởng xạ thể rõ rệt nhiệt độ thấp lẫn nhiệt độ cao - Quá trình sử dụng chất xúc tác phóng xạ Sự thay đổi hoạt tính xúc tác trường hợp gây số nguyên nhân: tạo khuyết tật, xuất dòng điện bổ sung, chất xúc tác tích điện, xuất nguyên tử tạp vốn sản phẩm trình phân rã phóng xạ 2 Các trình điện hoá ăn mòn xạ - Quá trình điện hoá xạ + Hiện tượng: Các thí nghiệm cho thấy bạch kim nhúng vào nước chiếu xạ gamma điện giảm dần theo chiều âm, ngược lại thép không gỉ (mác 304 - thép crom) điều kiện tương tự lại giảm theo chiều dương + Cơ chế: Điều lý giải sau Khi chiếu xạ, nước bị phân ly thành gốc tự với điện tích dương âm; chúng chuyển điện cực khác dấu trung hoà điện cực làm cho điện điện cực suy giảm: H2O > H+ + OH- -> H+ + O- + H (35) Trong thí nghiệm đó, người ta quan sát thấy giải phóng khí H2 catốt O2 anốt Như tác dụng xạ diễn trình điện hoá xạ - Quá trình ăn mòn xạ Phụ thuộc vào dạng ăn mòn, trình ăn mòn chia làm hai loại: ăn mòn tổng thể ăn mòn cục + Ăn mòn cục trình ăn mòn phần bề mặt vật liệu, dạng vết nhỏ ăn mòn điểm, ăn mòn mạng tinh thể + Ăn mòn tổng thể trình ăn mòn toàn bề mặt vật liệu Trong trình ăn mòn diễn hai trình điện hoá có liên quan với nhau: trình anốt trình catốt Trong trình anốt kim loại chuyển vào dung dịch dạng ion hyđrat hoá Còn trình catốt chất ion hoá dung dịch liên kết với electron vừa giải phóng trình anốt Có thể làm chậm tốc độ ăn mòn cách hãm trình anốt catốt Nói chung tốc độ ăn mòn đa số kim loại hợp kim nhúng dung dịch nước tăng lên chiếu xạ Hiệu ứng diễn mạnh nhiệt độ cao điều kiện vậy, thép không gỉ bị ăn mòn Đối với số hợp kim đặc biệt hợp kim ziriconi, trình ăn mòn gia tăng chiếu nơtron hạt nặng mang điện Quá trình ăn mòn thép không gỉ biểu diễn sau: Fe -> Fe2+ + 2e- (quá trình anốt), (36) + 4e + 4H + O2 > 2H2O (quá trình anốt) (37) Gộp phương trình ta có: Fe + 1/2 O2 + 2H+ -> Fe2+ +H2O (38) Sau phần bề mặt kim loại diễn trình oxi hoá Fe2+: 2Fe2+ + 2H+ +1/2 O > 2Fe3+ + H2O, (39) Fe2+ + O H > Fe3+ + OH(40) 3+ Tiếp theo Fe hyđroxit hoá tạo hyđroxit kết tủa biến thành muối: Fe3++ 3H2O -> Fe(OH)3 + 3H+ (41) 2Fe(OH)3 > Fe2O3 + 3H2 O (42) Quá trình ăn mòn xạ có ý nghĩa lớn vấn đề an toàn lò phản ứng nhà máy điện nguyên tử ảnh hưởng xạ tới tốc độ hoà tan vật rắn Chiếu xạ ảnh hưởng tới tốc độ hoà tan nhiều chất rắn Một nguyên nhân trình tương tác chất rắn với sản phẩm phân tích xạ pha lỏng Một nguyên nhân khác ảnh hưởng điện trường điện tích gây xạ ion hoá vật rắn Hệ trình phân cực tinh thể điện trường ảnh hưởng tới tốc độ phân cực, dẫn tới hoà tan vật rắn Sự gia tăng tốc độ hoà tan, quan sát thấy UO2, U3O8, Fe2O3, ZnS, PbS