Spallaatioita

Spallaatioita ovat ilmiöitä, joissa kappaleen pintaan tai sen sisäisiin rakenteisiin kohdistuva suuri energiatuotto tai nopea lataus saa aikaan aineen irtoamisen ja fragmentoitumisen. Termiä käytetään sekä ydinfysiikassa että materiaalitekniikassa, ja näillä alueilla spallaatio tarkoittaa hieman eri prosesseja, mutta niillä on samankaltaisia perusmekanismeja: energia siirtyy rakennetta vahvistanut jännityskenttä ja johtaa kappaleen lohkeiluun tai irtoamiseen.

Ydinin spallaatio tarkoittaa tilannetta, jossa korkeaenerginen hiukkanen (kuten protoni, neutroni tai raskas ioni) iskee raskaaseen ydinrakenteeseen. Törmäyksen seurauksena tapahtuu nopea sisäinen reaktio, jolloin ydin menettää sekä virittyviä että ei-virittyviä nukleoneja ja syntyy monia kevyempiä fragmenteja sekä radioaktiivisia isotooppeja. Spallaatioitä tuotokset riippuvat iskun energiasta, kohdemateriaalista ja reaktiomallinnuksesta; prosessi kuvataan usein intranukleaarisina kuormituksen sarjoina ja evaporointivaiheena.

Sovelluksia on useita. Spallation neutron sources tuottavat suuria määriä neutroneja, kun protonit iskevät rautaa tai muita raskaita metalleja vastaan. Toimintaa hyödynnetään perinteisessä tieteellisessä tutkimuksessa sekä materiaalien ominaisuuksien tutkimisessa. Accelerator-driven systems (ADS) käyttävät spallata neutroneita ydinjätteiden transmutaatioon ja energian tuottamiseen. Spallaatioita tutkitaan myös kansainvälisesti wouldbe-radionaalisen säteilyn ja avaruusolosuhteiden vaikutusten ymmärtämiseksi.

Materiaalitekniikassa spallaatio voi tarkoittaa pinnan tai ohuiden kalvojen irtoamista liian nopeassa venytys- tai paineaalossa. Laser-spallaatio ja muut mekaaniset menetelmät hyödyntävät tätä ilmiötä kiinnikkeiden, kalvojen tai kerrosten irrottamiseen tai siirtämiseen.

Tutkimus etenee yhä paremman mallinnuksen, kokeellisten mittausten ja haittojen hallinnan avulla, jotta spallaatioiden kuvaus, hallinta ja hyödyntäminen voidaan tehdä turvallisesti ja tehokkaasti.