J. Phys. France 24, 474-481 (1963)
DOI: 10.1051/jphys:01963002407047400

Irradiation des métaux

R.M. Walker

Laboratoire de Chimie Physique de la Faculté des Sciences de Paris

Abstract
It is shown that the simple threshold theory of damage gives an excellent description of the major features of irradiation induced changes provided the energy of recoil atoms is quite low. As the energy of the recoil atoms increases, the agreement with theory becomes worse. The simple theory also does not take into account the role of crystal structure in the propogation of energy and interstitials atoms. The importance of such lattice effects has been demonstrated experimentally and attempts have been made to calculate them both analytically and numerically. Recently electronic calculators have been used to follow in détail the motion of many atoms after one atom has been given an initial kinetic energy. Such calculations, which have been performed at both low and high recoil energies, give a detailed picture of the damage process. It is not known at this time, how well these calculated pictures correspond to the situation in a real crystal. With the single exception of Au, all pure metals which have been electron-irradiated at low temperatures show a recovery of more than 75 % of the irradiation induced changes following a thermal treatment in the range 4 °K-100 °K. Recovery processes at higher temperatures are complicated by the interaction of the radiation induced defects with pre-existing crystal defects such as dislocations and impurity atoms. Such defect interactions are apt to be important even in the purest metals available. The major low temperature peak is generally attributed to the motion of interstitial atoms. There is another intrinsic recovery peak in metals which in copper occurs close to room temperature. The identification of the defect responsible for this peak is still a matter of controversy. Not much is yet known about the detailed atomic configuration of any of the point defects. An interesting recent development is the direct observation of clusters of irradiation induced defects by transmission electron microscopy. This technique appears to hold considerable promise for the future both in the resolution of some of the problems concerning point-defects and, equally important, in the study of the properties of the clusters themselves.

Résumé
On montre que la théorie simple du seuil pour les défauts par irradiation donne une description excellente des principales caractéristiques des modifications induites par l'irradiation, pourvu que l'énergie de recul des atomes soit très faible. Lorsque l'énergie de recul des atomes augmente, l'accord avec la théorie diminue. La théorie simple ne tient pas compte non plus du rôle de la structure cristalline dans la propagation de l'énergie et des atomes interstitiels. L'importance de tels effets réticulaires a été démontrée expérimentalement et des essais ont été effectués pour les calculer à la fois analytiquement et numériquement. Des calculatrices électroniques ont été utilisées récemment pour suivre en détail le mouvement d'un grand nombre d'atomes après qu'un atome a reçu une énergie cinétique initiale. De tels calculs, qui ont été effectués à la fois pour des énergies de recul faibles et élevées, donnent une représentation détaillée du processus de création des dommages. On ne voit pas à l'heure actuelle dans quelle mesure ces images calculées correspondent à la situation effective dans un cristal réel. A l'unique exception de l'or, tous les métaux purs qui ont été irradiés avec des électrons à basse température présentent une guérison de 75 % des changements induits par l'irradiation, après un traitement thermique dans le domaine 4 °K-100 °K. Les processus de guérison à des températures plus hautes sont compliqués du fait de l'interaction des défauts induits par irradiation avec des défauts préexistants dans le cristal, comme les dislocations et les atomes d'impuretés. De telles interactions entre défauts peuvent être importants même dans les métaux les plus purs qui existent. Le principal pic à basse température est en général attribué au mouvement des atomes interstitiels. Il y a un autre pic de guérison intrinsèque qui, dans le cas du cuivre, se produit au voisinage de la température ordinaire. L'identification des défauts à l'origine de ce pic est encore sujet à controverses. Il est encore connu peu de choses quant à la configuration atomique exacte de n'importe lequel des défauts ponctuels. Un résultat récent et intéressant réside dans l'observation directe, à l'aide de la microscopie électronique par transmission, d'amas de défauts induits par irradiation. Cette technique semble être très prometteuse pour l'avenir, à la fois pour la résolution de certains problèmes concernant les défauts ponctuels et, ce qui est aussi important, pour l'étude des propriétés des amas eux-mêmes.

PACS
6180 - Physical radiation effects, radiation damage.
6172 - Defects and impurities in crystals; microstructure.
8140G - Other heat and thermomechanical treatments.

Key words
crystal defects -- heat treatment -- metals -- radiation effects