Phần này trỡnh bày riờng về những ứng dụng cỏc hiệu ứng vật lý, hoỏ học xảy ra trong vật liệu được chiếu xạ.
a) Tỏc dụng của bức xạ gamma lờn cỏc polyme đại phõn tử
Dưới tỏc dụng của bức xạ gamma, hai hiệu ứng đối ngược nhau cú thể xảy ra: đú là hiệu
ứng làm đứt góy hoặc tạo sai hỏng (damage) và hiệu ứng nối mạch (cross linking) đối với cỏc mạch phõn tử pụlyme.
Cỏc mạch liờn kết C - H, C - C hoặc C = C chịu tỏc dụng của cỏc bức xạ gamma. Nhỡn nhận dưới gúc độ ứng dụng trong cụng nghiệp người ta thấy rằng hiệu ứng nối mạch được quan tõm đến nhiều hơn.
Cỏc mạch liờn kết C - H bịđứt gẫy nhiều nhất. Chỳng tham gia quỏ trỡnh nối mạch bởi vỡ sẽ tỏi tạo dưới dạng cỏc liờn kết biờn C - C làm thành cầu nối giữa hai phõn tử khỏc nhau.
Do quỏ trỡnh nối mạch, cỏc pụlyme mới cú cỏc ưu điểm như: nhiệt độ núng chảy, độ bền và độ cứng sẽ cao hơn, độ trương phồng trong nước hoặc chất lỏng hữu cơ sẽ nhỏ hơn. Hơn nữa, một hiện tượng mới đó được tỡm thấy là: cú một số pụlyme bỡnh thường thỡ hoàn toàn tan trong một số dung mụi hữu cơ. Sau khi chiếu xạ một liều xỏc định nào đấy (điểm đụng lạnh - gel point, free point) thỡ trở thành khụng hoà tan được. Tuỳ theo liều chiếu mà độ hoà tan của pụlyme mới được nối mạch này sẽ thay đổi. Liều cỡ 106 Rơn-ghen bắt đầu cho ta những hiệu
ứng rất đỏng quan tõm.
Cú thể kể ra ởđõy một vài thớ dụ:
Do hiệu ứng nối mạch, khối lượng phõn tử của polystirol cú thể đạt tới từ 20.000 đến 300.000 đơn vị. Polyethylene sau chiếu xạ gamma chịu được nhiệt độ hơn 2000C mà vẫn chưa núng chảy trong khi bỡnh thường chỉ chịu được nhiệt độ khoảng 1160C, polyethylen này cứng hơn, khú hoà tan hơn.
Nếu xảy ra sự đứt gẫy liờn kết C - C hoặc - CXYZ, trong đú X, Y, Z là cỏc nguyờn tố
hoặc gốc khỏc hydro thỡ khụng dẫn tới quỏ trỡnh nối mạch mà dẫn tới sự thay đổi một số tớnh chất liờn quan tới sự phỏ vỡ cấu trỳc của pụlyme: điểm núng chảy giảm xuống, giảm độ nhớt, tăng độ hoà tan.
Một hiệu ứng rất đỏng được quan tõm là trường hợp vật liệu gồm hai chất pụlyme khỏc nhau: Bức xạ gamma gõy tỏc dụng ghộp nối giữa hai pụlyme làm cho pụlyme trở thành cú những tớnh chất mới. Thớ dụ: Trỏng nylon bởi một lớp styrel rồi cho chiếu xạ, pụlyme mới sẽ
cú khả năng chống thấm nước cao hơn.
Sự thay đổi cấu trỳc thường dẫn đến sự thay đổi màu: Clorua polyvinyl trở thành màu nõu sau khi bị chiếu xạ gamma hoặc electron. Ứng dụng hiệu ứng này người ta đó chế tạo ra cỏc liều kế dựng loại pụlyme đú đểđo liều trong khoảng từ 0,5 đến 6 Mrad. Trong vựng liều lượng này, mật độ quang học của liều kế phụ thuộc tuyến tớnh vào liều chiếu xạ. Nguồn gamma sử dụng trong ứng dụng trờn thường là nguồn cú hoạt độ lớn của trung tõm chiếu xạ.
b) Tỏc dụng của nơtron lờn cỏc vật liệu
Đối với cỏc pụlyme, nơtron gõy cỏc hiệu ứng giống như trường hợp của bức xạ gamma: Một liều 300 Mrad cú tỏc dụng làm pụlyetylen trở thành khú núng chảy, cú khả năng cỏch
điện tới 4 MV/cm ở nhiệt độ cao.
Đối với kim loại, nơtron gõy cỏc hiệu ứng phức tạp:
Ngay khi năng lượng nơtron vượt quỏ 25 eV, chỳng đó cú thể làm bật cỏc nguyờn tử khỏi vị trớ bỡnh thường trong lưới tinh thể, tạo thành cỏc lỗ trống. Đú là hiệu ứng Wigner. Cỏc lỗ
trống dễ dàng khuếch tỏn và làm tăng hoạt tớnh hoỏ học của kim loại. Nếu nung núng kim loại lờn, cỏc nguyờn tử bị "xờ dịch" trước đõy cú thể trở về vị trớ cũ, lỗ trống biến mất và một năng lượng được giải phúng dưới dạng nhiệt. Đõy chớnh là cỏch người ta đó làm để "nấu" lại graphit của một số lũ phản ứng và “xoỏ đi” cỏc biến đổi gõy bởi nơtron. Cần nhớ lại rằng sự
giải phúng năng lượng nhiệt dạng này chớnh là nguyờn nhõn gõy sự cố lũ Windscale của Anh. Tỏc dụng của nơtron với vật liệu cú thể gõy hại như làm cho uran bị phồng rộp lờn, kim loại làm vỏ bọc trở thành giũn, dễ gẫy... mặt khỏc lại cú những hiệu ứng được ứng dụng như:
Với liều chiếu
1018-1020 nơtron/cm3, thộp cỏcbon trở thành cứng hơn; với liều cao hơn, một số hợp kim của nhụm cú độ cứng, độ bền cơ học tăng lờn.
Người ta đó nghiờn cứu hiệu ứng của nơtron đối với ụxyt kim loại và bỏn dẫn. Quan trọng nhất là hiệu ứng làm thay đổi tớnh chất điện: độ dẫn của germanium loại n giảm; điụt 1N58 từ
germanium trở thành cú dũng thuận nhỏ đi cũn dũng ngược lớn lờn. Khi chịu một liều chiếu chừng 1014 nơtron/cm2 cỏc tranzistor germanium trở thành cú độ khuếch đại thay đổi.
Nguồn nơtron trong cỏc ứng dụng hiệu ứng tương tỏc của nơtron lờn vật liệu thường là nguồn từ lũ phản ứng.