Coulomb explosion and steadiness of high-radioactive silicate glasses

Abstract

The paper is devoted to the theoretical study of Coulomb explosion in silicate glasses with low ionization potential under internal alpha-irradiation. The phenomenon was studied in the way of computer simulation, namely by the molecular dynamics (MD) method; parameters of the so-called lavalike fuel-containing materials (LFCM), were chosen as input parameters for the model due to its practical importance. LFCM are high-radioactive glasses, which were formed during an active stage of a well known heavy nuclear accident, occurred on Chornobyl NPP in 1986. Computer simulation revealed that Coulomb explosion really may occur in the LFCMs and leads to additional radiation damages under internal alpha-irradiation. The total quantity of atomic displacements produced in the way of Coulomb explosion from each alpha-particle track is 40000 to 80000, which exceeds radiation damages from alpha-particle and heavy recoil nuclei altogether (about 3500) more than one order.

Ця робота присвячена теоретичному вивченню кулонівського вибуху в силікатних стеклах, що мають низький потенціал іонізації та перебувають під дією внутрішнього альфа-опромінення. Це явище було вивчено за допомогою комп’ютерного моделювання, а саме методом молекулярної динаміки (МД); параметри так званих лавоподібних паливомісних матеріалів (ЛПВМ), зважаючи на їх практичну значущість, були вибрані за вхідні параметри для цієї моделі. ЛПВМ – високорадіоактивні стекла, які утворилися впродовж активної стадії добре відомої важкої ядерної аварії, що відбулася на Чорнобильській АЕС в 1986. Комп’ютерне моделювання виявило, що кулонівський вибух дійсно може мати місце в ЛПВМ і призводить до додаткових радіаційних ушкоджень під дією внутрішнього альфа-опромінення. Загальна кількість атомних зміщень, утворених шляхом кулонівського вибуху від однієї альфа-частки, складає 40000 ÷ 80000, що більше за радіаційні пошкодження від альфа-частки і важкого ядра віддачі, взяті разом (близько 3500) більше, ніж на порядок.