高エネルギー中性子は経時的に材料を損傷し劣化させます。中性子を材料に照射すると、材料に点欠陥や転位を生じさせる衝突カスケードが発生し、その生成が放射線にさらされた材料に起こる微細構造の経時変化の主因となります。 高い中性子照射量では、金属やその他の材料の脆化や、一部の材料では中性子誘起膨張を引き起こす可能性があります。 これは原子炉容器にとって問題となり、その寿命を著しく制限します（容器の焼鈍を制御し、蓄積された転位の数を減らすことで多少延ばすことは可能です）。 黒鉛製の中性子減速材ブロックはウィグナー効果として知られるこの影響を特に受けやすく、定期的にアニーリングする必要がある。

材料への放射線損傷は、高エネルギーの入射粒子（中性子など）が材料中の格子原子と相互作用した結果として起こります。 衝突によって格子原子に運動エネルギーが大量に伝達され、格子原子はその格子部位から移動し、一次ノックオン原子（PKA）として知られるものになる。 PKAは他の格子原子に囲まれているため、変位して格子を通過すると、その後多くの衝突が起こり、さらにノックオン原子が生成され、衝突カスケードまたは変位カスケードと呼ばれる現象が発生する。 ノックオン原子は衝突のたびにエネルギーを失い、格子間原子として終端し、格子の中に一連のフレンケル欠陥が形成される。 衝突の結果、電子エネルギーが失われて熱が発生し、原子が変換される可能性もある。 損傷の大きさは、鉄の格子にPKAを作る1個の1MeV中性子が約1,100個のフレンケル対を生成するほどです。 このカスケード現象全体は1×10-13秒のタイムスケールで起こるため、この現象のコンピュータシミュレーションでしか「観察」できない。

ノックオンした原子は非平衡格子間位置で終息し、その多くは隣接する空き格子部位に拡散して戻って自己消滅して秩序ある格子を回復させる。 そうでないものは空孔を残し、局所的に空孔濃度が平衡濃度よりはるかに高くなる。 これらの空孔は熱拡散の結果、空孔のシンク（粒界や転位）に移動する傾向があるが、かなりの時間存在し、その間、高エネルギー粒子がさらに格子に衝突し、衝突カスケードとさらなる空孔が発生し、シンクに向かって移動していく。 格子への照射の主な効果は、欠陥風と呼ばれる、シンクへの欠陥の大きな持続的な流出である。

この衝突カスケードによって、ある温度での平衡状態よりも多くの空孔と格子間物質が生成され、その結果、材料の拡散性が劇的に増加する。 これが放射線増強拡散と呼ばれる効果につながり、時間の経過とともに材料の微細構造が進化していく。

• 放射線誘起偏析は、前述の空孔のシンクへの流出と、シンクから離れる格子原子の流出を意味するが、合金材料の場合、必ずしも合金組成と同じ比率で発生するとは限らない。 したがって、これらのフラックスは、シンクの近傍で合金元素の枯渇につながる可能性がある。 カスケードによって導入された格子間物質のフラックスについては、その効果は逆で、格子間物質はシンクに向かって拡散し、シンク付近で合金が濃縮される結果となります。
• 格子面上に空孔がクラスターを形成すると転位ループが形成される。 この空孔の集中が三次元に広がるとボイドが形成される。 定義上、空隙は真空下にあるが、α粒子線（ヘリウム）の照射や核変換反応の結果、ガスが発生した場合、ガスが充満することがある。 この空隙は気泡と呼ばれ、放射線を受けた部品の寸法不安定性（中性子によるスエリング）を引き起こす。 特にステンレス鋼製の原子炉部品では、このスエリングが長期にわたる設計上の大きな問題となる。 ジルカロイのような結晶学的に等方性のある合金は、転位ループが形成されますが、ボイドの形成は見られません。 ループは特定の格子面上に形成され、照射誘起成長というスエリングとは異なる現象を引き起こすが、合金の寸法を大きく変化させることができる。
• 材料の照射は、材料に相変態を引き起こすこともできる。固溶体の場合、シンクでの溶質の濃縮または枯渇が、照射によって引き起こされる偏析によって、材料に新しい相の析出を引き起こすことがある。

これらのメカニズムによる機械的効果としては、照射硬化、脆化、クリープ、環境誘起割れがある。 材料の照射によって生じる欠陥クラスター、転位ループ、ボイド、バブル、析出物は、いずれも材料の強化や脆化（延性の低下）に寄与する。 特に、原子炉圧力容器を構成する材料は、脆化によって破壊に要するエネルギーが著しく低下するため、脆化が懸念されています。 脆化した材料を焼鈍することで延性を回復させることが可能であり、原子炉の長寿命化のためには、これを安全に行えるかどうかにかかっている。 照射された材料では、拡散係数の増加ではなく、格子応力と発達した微細構造の相互作用の結果として、クリープも大きく加速されます。 環境支援割れ、より具体的には照射支援応力腐食割れ（IASCC）は、特に中性子照射を受けた合金で、水と接触している場合、水の放射線分解により亀裂先端での水素吸収が起こり、亀裂伝播に必要なエネルギーが減少することにより発生します

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