ความเสียหายจากรังสีคือผลกระทบของรังสีไอออนไนซ์ต่อวัตถุทางกายภาพ รวมถึงวัสดุโครงสร้างที่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิต ซึ่งอาจเป็นอันตรายหรือเป็นประโยชน์ต่อวัสดุได้

รังสีชีววิทยาคือการศึกษาผลกระทบของรังสีไอออนต่อสิ่งมีชีวิตรวมถึงผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์รังสีไอออนในปริมาณสูงสามารถก่อให้เกิดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อเช่นการไหม้จากรังสีและการกลายพันธุ์ ที่เป็นอันตราย เช่น การทำให้เซลล์กลายเป็นมะเร็งและอาจนำไปสู่ปัญหาสุขภาพ เช่นพิษจากรังสี

รังสีนี้อาจมีหลายรูปแบบ:

• รังสีคอสมิกและอนุภาคพลังงานสูงที่เกิดจากการชนกับชั้นบรรยากาศและวัสดุอื่นๆ
• ผลิตภัณฑ์กัมมันตรังสี ( ไอโซโทปรังสี ) ที่เกิดจากการชนกันของรังสีคอสมิกกับชั้นบรรยากาศและวัสดุอื่นๆ รวมถึงเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต
• ลำแสงอนุภาคพลังงานสูงจาก เครื่อง เร่งอนุภาค
• อนุภาคพลังงานสูงหรือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ( รังสีเอ็กซ์ ) ที่ปล่อยออกมาจากการชนกันของอนุภาคดังกล่าวกับเป้าหมาย เช่น ในเครื่องเอ็กซ์เรย์ หรือโดยบังเอิญในการใช้เครื่องเร่งอนุภาค
• อนุภาคหรือรังสีชนิดต่างๆ ที่ปล่อยออกมาจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีซึ่งอาจเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เกิดจากการชนกันของเครื่องเร่งอนุภาค หรือเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อาจถูกผลิตขึ้นเพื่อใช้ในทางการแพทย์หรืออุตสาหกรรม หรือถูกปล่อยออกมาโดยอุบัติเหตุจากอุบัติเหตุนิวเคลียร์หรือถูกปล่อยออกมาโดยเจตนาจากระเบิดสกปรก หรือ ถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ พื้นดิน หรือมหาสมุทรโดยบังเอิญจากการระเบิดของอาวุธนิวเคลียร์เพื่อสงครามหรือการทดสอบนิวเคลียร์

รังสีอาจส่งผลกระทบต่อวัสดุและอุปกรณ์ต่างๆ ทั้งในทางที่เป็นอันตรายและเป็นประโยชน์:

• โดยการทำให้วัสดุกลายเป็นสารกัมมันตรังสี (ส่วนใหญ่เกิดจากการกระตุ้นด้วยนิวตรอนหรือในกรณีที่มีรังสีแกมมาพลังงานสูงโดยการสลายตัวด้วยแสง )
• โดยการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ของธาตุภายในวัสดุ เช่น การผลิตไฮโดรเจนและฮีเลียม ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลของวัสดุและทำให้เกิดการบวมและการเปราะได้
• โดยการสลายตัวด้วยรังสี (การทำลายพันธะเคมี) ภายในวัสดุ ซึ่งอาจทำให้วัสดุอ่อนแอลง บวม เกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน ส่งเสริมการกัดกร่อน ทำให้คุณภาพลดลง ส่งเสริมการแตกร้าว หรือเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกล ทางแสง หรือทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการ ในทางกลับกัน การสลายตัวด้วยรังสีก็สามารถใช้เพื่อกระตุ้นการเชื่อมโยงข้ามของพอลิเมอร์ ซึ่งสามารถทำให้พอลิเมอร์แข็งตัวขึ้นหรือทนต่อความชื้นได้มากขึ้น
• โดยการก่อตัวของสารประกอบที่ทำปฏิกิริยาได้ ซึ่งส่งผลกระทบต่อวัสดุอื่นๆ (เช่นการแตกตัวของโอโซนโดยโอโซนที่เกิดจากการแตกตัวเป็นไอออนของอากาศ)
• การแตกตัวเป็นไอออนทำให้เกิดการชำรุดทางไฟฟ้า โดยเฉพาะในสารกึ่งตัวนำที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งกระแสไฟฟ้าที่ไหลตามมาจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการทำงาน หรือแม้กระทั่งทำให้อุปกรณ์เสียหายอย่างถาวร อุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีรังสีสูง เช่น อุตสาหกรรมนิวเคลียร์และการใช้งานนอกชั้นบรรยากาศ (อวกาศ) อาจได้รับการออกแบบให้ ทน ต่อรังสีได้มากขึ้นเพื่อต้านทานผลกระทบดังกล่าวผ่านการออกแบบ การเลือกวัสดุ และวิธีการผลิต
• โดยการเติมสารเจือปนหรือข้อบกพร่องผ่านการฝังไอออนเพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้าให้เป็นไปตามที่ต้องการ
• เพื่อรักษาโรคมะเร็งด้วยการฉายรังสีอิเล็กตรอน แกมมา หรือไอออน หรือโดยการบำบัดด้วยการจับนิวตรอนของโบรอน

ผลกระทบจากรังสีต่อวัสดุหลายอย่างเกิดจากปฏิกิริยาลูกโซ่ของการชนกันและเป็นเรื่องที่กล่าวถึงใน วิชา เคมี รังสี

รังสีสามารถส่งผลเสียต่อวัสดุที่เป็นของแข็งได้ เนื่องจากสามารถทำให้คุณสมบัติของวัสดุเสื่อมลงจนไม่สามารถรับแรงทางกลได้อีกต่อไป นี่เป็นเรื่องที่น่ากังวลเป็นพิเศษ เพราะสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อความสามารถในการทำงานในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และเป็นหัวใจสำคัญของวิทยาศาสตร์วัสดุรังสีซึ่งมุ่งหาแนวทางในการลดอันตรายนี้

เนื่องจากการใช้งานและการสัมผัสกับรังสี ผลกระทบต่อโลหะและคอนกรีตจึงเป็นหัวข้อการศึกษาที่สำคัญ สำหรับโลหะ การสัมผัสกับรังสีอาจทำให้เกิดการแข็งตัวจากรังสี ซึ่ง ทำให้ วัสดุแข็งแรงขึ้น แต่ต่อมาก็ทำให้เปราะบางลง ( ความเหนียว ลดลง ทำให้ เกิด การแตกหัก แบบเปราะ ) ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นจากการที่อะตอมถูกผลักออกจากตำแหน่งในโครงสร้างผลึกทั้งจากการปฏิสัมพันธ์เริ่มต้นและจากความเสียหายที่เกิดขึ้นต่อเนื่อง ทำให้เกิดข้อบกพร่องและการเคลื่อนตัวของอะตอม (คล้ายกับการแข็งตัวจากการทำงานและการแข็งตัวจากการตกตะกอน ) การปรับแต่ง ขอบเกรนผ่านกระบวนการทางความร้อนและเชิงกลได้แสดงให้เห็นว่าสามารถลดผลกระทบเหล่านี้ได้โดยการเปลี่ยนรูปแบบการแตกหักจากแบบระหว่างเกรน (เกิดขึ้นตามขอบเกรน) ไปเป็นแบบผ่านเกรน ซึ่งจะเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุและลดผลกระทบจากการเปราะบางของรังสี^{[ 1 ]}รังสีสามารถนำไปสู่การแยกตัวและการแพร่กระจายของอะตอมภายในวัสดุ ส่งผลให้เกิดการแยกเฟสและช่องว่าง รวมถึงเพิ่มผลกระทบของการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นผ่านการเปลี่ยนแปลงทั้งทางเคมีของน้ำและโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสม^{[ 2 ] [ 3 ]}

เนื่องจากคอนกรีตถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสร้างและกักเก็บรังสี ผลกระทบของรังสีต่อคอนกรีตจึงเป็นเรื่องที่น่าสนใจอย่างยิ่ง ในระหว่างอายุการใช้งาน คอนกรีตจะเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติตามธรรมชาติเนื่องจากกระบวนการเสื่อมสภาพตามปกติ อย่างไรก็ตาม การสัมผัสกับรังสีนิวเคลียร์จะนำไปสู่การสูญเสียคุณสมบัติทางกลเนื่องจากการบวมตัวของมวลรวมในคอนกรีต และทำให้วัสดุโดยรวมเสียหาย ตัวอย่างเช่น เกราะป้องกันทางชีวภาพของเครื่องปฏิกรณ์มักประกอบด้วยปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ซึ่งมีการเพิ่มมวลรวมที่มีความหนาแน่นสูงเพื่อลดการไหลของรังสีผ่านเกราะป้องกัน มวลรวมเหล่านี้สามารถบวมตัวและทำให้เกราะป้องกันไม่แข็งแรงทางกล การศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าความแข็งแรงทั้งแรงอัดและแรงดึง รวมถึงโมดูลัสความยืดหยุ่นของคอนกรีตลดลงที่ปริมาณรังสีประมาณ 10¹⁹ ^{นิวตรอน}ต่อตารางเซนติเมตร^{[ 4 ]}แนวโน้มเหล่านี้ยังพบว่ามีอยู่ในคอนกรีตเสริมเหล็กซึ่งเป็นวัสดุผสมระหว่างคอนกรีตและเหล็ก^{[ 5 ]}

ความรู้ที่ได้จากการวิเคราะห์วัสดุในเครื่องปฏิกรณ์ฟิสชันในปัจจุบันเกี่ยวกับผลกระทบของอุณหภูมิ ปริมาณรังสี องค์ประกอบของวัสดุ และการบำบัดพื้นผิว จะเป็นประโยชน์ในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ฟิสชันในอนาคต รวมถึงการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันด้วย^{[ 6 ]}

ของแข็งที่อยู่ภายใต้การแผ่รังสีจะถูกโจมตีด้วยอนุภาคพลังงานสูงอย่างต่อเนื่อง ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคและอะตอมในโครงสร้างผลึกของวัสดุเครื่องปฏิกรณ์ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอะตอม^{[ 7 ]}ในระหว่างการถูกโจมตีอย่างต่อเนื่อง อะตอมบางส่วนไม่ได้หยุดนิ่งที่ตำแหน่งในโครงสร้างผลึก ซึ่งส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องข้อบกพร่องเหล่านี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างจุลภาคของวัสดุ และในที่สุดก็ส่งผลให้เกิดผลกระทบจากรังสีหลายประการ

1. ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคพลังงานสูงที่พุ่งชนกับอะตอมในโครงผลึก
2. การถ่ายโอนพลังงานจลน์ไปยังอะตอมในโครงผลึก ทำให้เกิดอะตอมเคลื่อนที่หลักขึ้น
3. การเคลื่อนที่ของอะตอมออกจากตำแหน่งในโครงผลึก
4. การเคลื่อนที่ของอะตอมผ่านโครงผลึก ทำให้เกิดอะตอมที่เคลื่อนที่ผิดตำแหน่งเพิ่มเติม
5. การเกิดกลุ่มการกระจัดกระจาย (กลุ่มของจุดบกพร่องที่เกิดจากอะตอมที่กระจัดกระจายหลัก)
6. การสิ้นสุดของอะตอมที่ถูกแทนที่ในฐานะอะตอมแทรก

ความน่าจะเป็นของการเกิดปฏิกิริยาระหว่างอะตอมสองอะตอมขึ้นอยู่กับภาคตัดขวางของนิวตรอน ความร้อน (วัดเป็นบาร์น ) เมื่อกำหนดภาคตัดขวางระดับมหภาคเป็น(โดยที่คือภาคตัดขวางระดับจุลภาค และคือความหนาแน่นของอะตอมในเป้าหมาย) และอัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็น(โดยที่คือฟลักซ์ของลำแสง) ความน่าจะเป็นของการเกิดปฏิกิริยาจะกลายเป็น ด้านล่างนี้คือตารางแสดงภาคตัดขวางของอะตอมหรือโลหะผสมทั่วไป ${\displaystyle \Sigma =\sigma \rho _{A}}$${\displaystyle \sigma }$${\displaystyle \rho _{A}}$${\displaystyle R=\Phi \Sigma =\Phi \sigma \rho _{A}}$${\displaystyle \Phi }$${\textstyle P\,dx=N_{j}\sigma (E_{i})\,dx=\Sigma \,dx}$

ภาคตัดขวางนิวตรอนความร้อน (Barn) ^{[ 8 ]}

การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคในวัสดุเกิดขึ้นจากการสะสมของข้อบกพร่องในช่วงเวลาที่ได้รับรังสีอย่างต่อเนื่อง การสะสมนี้ถูกจำกัดโดยการรวมตัวกันของข้อบกพร่อง การรวมกลุ่มของข้อบกพร่อง และการทำลายข้อบกพร่องที่จุดดูดซับ ข้อบกพร่องจะต้องเคลื่อนที่ด้วยความร้อนไปยังจุดดูดซับ และในการทำเช่นนั้นมักจะรวมตัวกัน หรือมาถึงจุดดูดซับเพื่อรวมตัวกัน ในกรณีส่วนใหญ่ D _rad = D _v C _v + D _i C _i >> D _thermกล่าวคือ การเคลื่อนที่ของอะตอมแทรกและช่องว่างทั่วโครงสร้างแลตติสของวัสดุอันเป็นผลมาจากรังสีมักจะมากกว่าการแพร่กระจายความร้อนของวัสดุเดียวกัน

ผลที่ตามมาประการหนึ่งของการไหลของช่องว่างไปยังแหล่งดูดซับคือการไหลของอะตอมที่ออกจากแหล่งดูดซับ หากช่องว่างไม่ถูกทำลายหรือรวมตัวกันใหม่ก่อนที่จะสะสมอยู่ที่แหล่งดูดซับ ช่องว่างเหล่านั้นจะก่อตัวเป็นโพรง ที่อุณหภูมิสูงเพียงพอ ขึ้นอยู่กับวัสดุ โพรงเหล่านี้สามารถเต็มไปด้วยก๊าซจากการสลายตัวของโลหะผสม ทำให้เกิดการบวมในวัสดุ^{[ 9 ]}นี่เป็นปัญหาใหญ่สำหรับวัสดุที่ไวต่อแรงดันหรือวัสดุที่ถูกจำกัดซึ่งอยู่ภายใต้การระดมยิงรังสีอย่างต่อเนื่อง เช่นเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูงในหลายกรณี การไหลของรังสีไม่เป็นไปตามสัดส่วนทางเคมี ซึ่งทำให้เกิดการแยกตัวภายในโลหะผสม การไหลที่ไม่เป็นไปตามสัดส่วนทางเคมีนี้อาจส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในองค์ประกอบเฉพาะที่ใกล้กับขอบเกรน^{[ 10 ]}ซึ่งการเคลื่อนที่ของอะตอมและดิสโลเคชันถูกขัดขวาง เมื่อการไหลนี้ดำเนินต่อไป การเพิ่มความเข้มข้นของสารละลายที่แหล่งดูดซับอาจส่งผลให้เกิดการตกตะกอนของเฟสใหม่

การเสริมความแข็งแรงด้วยรังสี คือการเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุโดยการสร้างกลุ่มข้อบกพร่อง กลุ่มสิ่งเจือปน-ข้อบกพร่อง วงแหวนดิสโลเคชัน เส้นดิสโลเคชัน ช่องว่าง ฟองอากาศ และสารตกตะกอน สำหรับภาชนะรับแรงดัน การสูญเสียความยืดหยุ่นที่เกิดขึ้นจากการเพิ่มขึ้นของความแข็งนั้นเป็นเรื่องที่น่ากังวลเป็นพิเศษ

การเปราะตัวเนื่องจากรังสีส่งผลให้พลังงานในการแตกหักลดลง เนื่องจากการลดลงของการแข็งตัวของความเครียด (เนื่องจากการแข็งตัวเกิดขึ้นอยู่แล้วในระหว่างการฉายรังสี) แรงจูงใจนี้คล้ายคลึงกับเหตุผลที่ทำให้เกิดการแข็งตัวจากรังสีมาก ได้แก่ การพัฒนากลุ่มข้อบกพร่อง การเคลื่อนที่ของดิสโลเคชัน ช่องว่าง และตะกอน การเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์เหล่านี้ทำให้การคาดการณ์ปริมาณการเปราะตัวที่แน่นอนทำได้ยาก^{[ 11 ]}แต่ค่าทั่วไปสำหรับการวัดแสดงให้เห็นถึงความสอดคล้องที่คาดการณ์ได้

การคืบตัวเนื่องจากความร้อนในวัสดุที่ได้รับรังสี นั้นน้อยมาก เมื่อเทียบกับการคืบตัวจากการฉายรังสี ซึ่งอาจเกิน 10 ⁻⁶วินาที^{−1 [ 12 ]}กลไกไม่ได้เกิดจากการแพร่กระจายที่เพิ่มขึ้นอย่างที่เข้าใจได้จากอุณหภูมิที่สูงขึ้น แต่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างความเครียดและโครงสร้างจุลภาคที่กำลังพัฒนา ความเครียดกระตุ้นให้เกิดการก่อตัวของลูป และทำให้เกิดการดูดซับของสารแทรกที่ดิสโลเคชันอย่างเป็นพิเศษ ซึ่งส่งผลให้เกิดการบวม^{[ 13 ]}การบวมร่วมกับการเปราะและการแข็งตัว อาจส่งผลร้ายแรงต่อวัสดุนิวเคลียร์ใดๆ ภายใต้ความดันสูง

การเจริญเติบโตในวัสดุที่ได้รับรังสีเกิดจากความแตกต่างของความไม่สม่ำเสมอในการแพร่กระจาย (Diffusion Anisotropy Difference: DAD) ปรากฏการณ์นี้มักเกิดขึ้นในเซอร์โคเนียม กราไฟต์ และแมกนีเซียม เนื่องจากคุณสมบัติตามธรรมชาติของวัสดุเหล่านี้

การนำความร้อนและการนำไฟฟ้าอาศัยการขนส่งพลังงานผ่านอิเล็กตรอนและโครงผลึกของวัสดุ ข้อบกพร่องในโครงผลึกและการแทนที่อะตอมผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมีจะรบกวนเส้นทางเหล่านี้ ส่งผลให้การนำความร้อนและการนำไฟฟ้าลดลงเนื่องจากความเสียหายจากรังสี ขนาดของการลดลงขึ้นอยู่กับประเภทของการนำไฟฟ้าที่เด่นชัด (อิเล็กตรอนหรือกฎของ Wiedemann–Franzหรือโฟโนนิก) ในวัสดุและรายละเอียดของความเสียหายจากรังสี ดังนั้นจึงยังยากที่จะคาดการณ์ได้

ความเสียหายจากรังสีสามารถส่งผลกระทบต่อโพลิเมอร์ที่พบในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ บรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ และชิ้นส่วนการบินและอวกาศ รวมถึงโพลิเมอร์ที่ผ่านการฆ่าเชื้อหรือการฉายรังสีเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและยา^{[ 14 ] [ 15 ]}รังสีไอออนไนซ์ยังสามารถใช้เพื่อเสริมความแข็งแรงและปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของโพลิเมอร์โดยเจตนาได้อีก ด้วย ^{[ 16 ]}การวิจัยในด้านนี้มุ่งเน้นไปที่แหล่งกำเนิดรังสีที่ใช้กันทั่วไป 3 แหล่งสำหรับการใช้งานเหล่านี้ ได้แก่ รังสีแกมมา รังสีอิเล็กตรอน และรังสีเอ็กซ์^{[ 17 ]}

กลไกของความเสียหายจากรังสีนั้นแตกต่างกันสำหรับพอลิเมอร์และโลหะ เนื่องจากดิสโลเคชันและขอบเกรนไม่มีความสำคัญอย่างแท้จริงในพอลิเมอร์ ในทางกลับกัน พอลิเมอร์จะเสียรูปผ่านการเคลื่อนที่และการจัดเรียงใหม่ของโซ่ ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กันผ่านแรงแวนเดอร์วาลส์และพันธะไฮโดรเจน เมื่อมีพลังงานสูง เช่น รังสีไอออนไนซ์ พันธะโควาเลนต์ที่เชื่อมต่อโซ่พอลิเมอร์เองสามารถเอาชนะแรงดึงดูดเพื่อสร้างอนุมูลอิสระ คู่หนึ่ง จากนั้นอนุมูลอิสระเหล่านี้จะเข้าร่วมในปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันจำนวนมากซึ่งจัดอยู่ในประเภทของเคมีรังสีการเชื่อมโยงข้ามอธิบายถึงกระบวนการที่อนุมูลอิสระที่มีคาร์บอนเป็นศูนย์กลางบนโซ่ที่แตกต่างกันรวมกันเพื่อสร้างเครือข่ายของการเชื่อมโยงข้ามในทางตรงกันข้ามการแตกของโซ่เกิดขึ้นเมื่ออนุมูลอิสระที่มีคาร์บอนเป็นศูนย์กลางบนโครงสร้างหลักของพอลิเมอร์ทำปฏิกิริยากับอนุมูลอิสระอื่น โดยทั่วไปมาจากออกซิเจนในบรรยากาศ ทำให้เกิดการแตกหักในโซ่หลัก อนุมูลอิสระยังสามารถเกิดปฏิกิริยาที่เชื่อมกลุ่มฟังก์ชันใหม่เข้ากับโครงสร้างหลัก หรือเคลือบแผ่นพอลิเมอร์สองแผ่นโดยไม่ต้องใช้กาว^{[ 17 ]}

มีข้อมูลที่ขัดแย้งกันเกี่ยวกับผลกระทบที่คาดหวังของรังสีไอออนไนซ์ต่อพอลิเมอร์ส่วนใหญ่ เนื่องจากเงื่อนไขของรังสีมีอิทธิพลมาก ตัวอย่างเช่นอัตราปริมาณรังสีเป็นตัวกำหนดว่าอนุมูลอิสระจะก่อตัวเร็วแค่ไหน และจะสามารถแพร่กระจายผ่านวัสดุเพื่อรวมตัวกันใหม่หรือมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีได้หรือไม่^{[ 18 ]}อัตราส่วนของการเชื่อมโยงข้ามต่อการแตกตัวของโซ่ยังได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ สภาพแวดล้อม การมีอยู่ของออกซิเจนเทียบกับก๊าซเฉื่อย แหล่งกำเนิดรังสี (ซึ่งเปลี่ยนความลึกของการทะลุทะลวง) และไม่ว่าพอลิเมอร์จะละลายอยู่ในสารละลายน้ำหรือไม่^{[ 15 ]}

การเชื่อมโยงข้ามและการแตกตัวของโซ่มีผลที่แตกต่างกันต่อคุณสมบัติทางกล โพลิเมอร์ที่ผ่านการฉายรังสีมักจะเกิดปฏิกิริยาทั้งสองประเภทพร้อมกัน แต่ไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นในระดับเดียวกัน^{[ 19 ]}การเชื่อมโยงข้ามจะเสริมความแข็งแรงของโพลิเมอร์โดยการป้องกันการเลื่อนของโซ่ ซึ่งนำไปสู่ พฤติกรรม เทอร์โมเซต อย่างมีประสิทธิภาพ การเชื่อมโยงข้ามและการแตกแขนงนำไปสู่โมเลกุลที่มีน้ำหนักโมเลกุลและความหลากหลายของขนาดโมเลกุลที่สูงขึ้น^{[ 18 ]}ดังนั้น โพลิเมอร์เหล่านี้โดยทั่วไปจะมีค่าความแข็ง ความแข็งแรงดึง และความแข็งแรงครากที่ เพิ่มขึ้น ^{[ 20 ]}และความสามารถในการละลายลดลง^{[ 14 ]}โพลีเอทิลีนเป็นที่รู้จักกันดีว่ามีคุณสมบัติทางกลที่ดีขึ้นอันเป็นผลมาจากการเชื่อมโยงข้าม รวมถึงความแข็งแรงดึงที่เพิ่มขึ้นและการยืดตัวที่จุดแตกหักที่ลดลง^{[ 16 ]}ดังนั้นจึงมี "การใช้งานที่เป็นประโยชน์หลายอย่างในหลากหลายด้าน เช่น สลักเกลียวหินสำหรับการทำเหมือง การเสริมแรงคอนกรีต การผลิตเชือกที่มีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูง และผ้าที่มีประสิทธิภาพสูง" ^{[ 14 ]}

ในทางตรงกันข้าม ปฏิกิริยาการแตกตัวของโซ่จะทำให้วัสดุอ่อนแอลงโดยการลดน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของโซ่ ทำให้ความแข็งแรงในการดึงและการดัดงอลดลง และความสามารถในการละลายเพิ่มขึ้น^{[ 14 ]}การแตกตัวของโซ่เกิดขึ้นเป็นหลักในบริเวณอสัณฐานของพอลิเมอร์ ซึ่งอาจเพิ่มความเป็นผลึกในบริเวณเหล่านี้โดยทำให้โซ่สั้นสามารถประกอบกันใหม่ได้ง่ายขึ้น ดังนั้นจึงสังเกตได้ว่าความเป็นผลึกเพิ่มขึ้นตามปริมาณ^{[ 18 ]}ส่งผลให้วัสดุเปราะมากขึ้นในระดับมหภาค นอกจากนี้ "ผลิตภัณฑ์ที่เป็นก๊าซ เช่น CO2 _อาจถูกกักอยู่ในพอลิเมอร์ และอาจนำไปสู่การแตกร้าวและการแตกร้าวในภายหลังเนื่องจากความเครียดเฉพาะที่สะสม" ^{[ 14 ]}ตัวอย่างของปรากฏการณ์นี้คือวัสดุที่พิมพ์แบบ 3 มิติ ซึ่งมักจะมีรูพรุนอันเป็นผลมาจากโครงสร้างการพิมพ์^{[ 20 ]}ออกซิเจนสามารถแพร่เข้าไปในรูพรุนและทำปฏิกิริยากับอนุมูลอิสระที่เหลืออยู่ ทำให้เกิดความเปราะ^{[ 20 ]}วัสดุบางชนิดยังคงอ่อนแอลงเรื่อยๆ ตามอายุ เนื่องจากอนุมูลอิสระที่เหลืออยู่ทำปฏิกิริยา^{[ 15 ]}

ความต้านทานของพอลิเมอร์เหล่านี้ต่อความเสียหายจากรังสีสามารถปรับปรุงได้โดยการปลูกถ่ายหรือโคพอลิเมอไรซ์กลุ่มอะโรมาติก ซึ่งช่วยเพิ่มเสถียรภาพและลดปฏิกิริยา และโดยการเพิ่มสารต้านอนุมูลอิสระและวัสดุนาโนซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกำจัดอนุมูลอิสระ^{[ 19 ]}นอกจากนี้ พอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงกว่าจะทนต่อรังสีได้ดีกว่า^{[ 18 ]}

การได้รับรังสีทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในก๊าซ ก๊าซที่ได้รับผลกระทบน้อยที่สุดคือก๊าซเฉื่อยซึ่งสิ่งที่น่ากังวลหลักคือการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์และการเกิดปฏิกิริยาเคมีตามมาของผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยานิวเคลียร์

รังสีไอออนไนซ์ความเข้มสูงในอากาศสามารถทำให้เกิดแสงเรืองรองของอากาศที่มีไอออนไนซ์ซึ่งมีสีน้ำเงินอมม่วงอย่างเห็นได้ชัด แสงเรืองรองนี้สามารถสังเกตได้ เช่น ในระหว่างอุบัติเหตุวิกฤตรอบๆกลุ่มควันรูปเห็ดหลังจากการระเบิดของนิวเคลียร์หรือภายในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่เสียหาย เช่น ในเหตุการณ์ภัยพิบัติเชอร์โนบิล

สามารถผลิตโอโซน ได้ ในปริมาณมาก แม้แต่โอโซนในปริมาณเล็กน้อยก็สามารถทำให้เกิด รอยแตกร้าวจากโอโซนในโพลิเมอร์หลายชนิดได้เมื่อเวลาผ่านไป นอกเหนือจากความเสียหายที่เกิดจากรังสีเอง

ในเครื่องตรวจจับไอออนไนเซชันแบบก๊าซ บางชนิด ความเสียหายจากรังสีต่อก๊าซมีบทบาทสำคัญต่อการเสื่อมสภาพของอุปกรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์ที่สัมผัสกับรังสีที่มีความเข้มสูงเป็นเวลานาน เช่น เครื่องตรวจจับสำหรับเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider)หรือ หลอด ไกเกอร์-มุลเลอร์ (Geiger–Müller tube)

กระบวนการแตกตัวเป็นไอออนต้องใช้พลังงานมากกว่า 10 อิเล็กตรอนโวลต์ ในขณะที่การแตกพันธะโควาเลนต์ในโมเลกุลและการสร้างอนุมูลอิสระนั้นต้องการเพียง 3-4 อิเล็กตรอนโวลต์ การปล่อยประจุไฟฟ้าที่เริ่มต้นโดยเหตุการณ์การแตกตัวเป็นไอออนของอนุภาคส่งผลให้เกิดพลาสมาที่มีอนุมูลอิสระจำนวนมาก อนุมูลอิสระที่มีปฏิกิริยาสูงสามารถรวมตัวกลับไปเป็นโมเลกุลเดิม หรือเริ่มต้น ปฏิกิริยา พอลิเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระกับโมเลกุลอื่นๆ ทำให้เกิดสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุล เพิ่มขึ้น สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงเหล่านี้จะตกตะกอนจากเฟสแก๊ส ก่อตัวเป็นตะกอนนำไฟฟ้าหรือไม่นำไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดและพื้นผิวฉนวนของตัวตรวจจับ และทำให้การตอบสนองของตัวตรวจจับผิดเพี้ยนไป แก๊สที่มีสารดับปฏิกิริยาไฮโดรคาร์บอน เช่นอาร์กอน - มีเทนมักจะไวต่อการเสื่อมสภาพจากพอลิเมอไรเซชัน การเติมออกซิเจนมีแนวโน้มที่จะลดอัตราการเสื่อมสภาพลงน้ำมันซิลิโคนปริมาณเล็กน้อยที่เกิดจากการระเหยของซิลิโคนอีลาสโตเมอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากสารหล่อลื่น ซิลิโคน มีแนวโน้มที่จะสลายตัวและก่อตัวเป็นผลึกซิลิคอนบนพื้นผิว ส่วนผสมของก๊าซอาร์กอน (หรือซีนอน ) กับคาร์บอนไดออกไซด์และอาจเติมออกซิเจน 2-3% จะทนต่อรังสีได้ดีมาก การเติมออกซิเจนเป็นเพราะก๊าซเฉื่อยร่วมกับคาร์บอนไดออกไซด์มีความโปร่งใสสูงเกินไปสำหรับโฟตอน พลังงานสูง โอโซนที่เกิดจากออกซิเจนเป็นตัวดูดซับโฟตอนอัลตราไวโอเลต ได้ดี คาร์บอนเตตระฟลูออไรด์สามารถใช้เป็นส่วนประกอบของก๊าซสำหรับเครื่องตรวจจับอัตราสูงได้ อย่างไรก็ตาม อนุมูลฟลูออรีนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานจะจำกัดตัวเลือกของวัสดุสำหรับห้องและอิเล็กโทรด (เช่น ต้องใช้อิเล็กโทรดทองคำ เนื่องจากอนุมูลฟลูออรีนจะกัดกร่อนโลหะและก่อตัวเป็นฟลูออไรด์ ) แต่การเติมคาร์บอนเตตระฟลูออไรด์สามารถกำจัดคราบซิลิคอนได้ การมีอยู่ของไฮโดรคาร์บอนที่มีคาร์บอนเตตระฟลูออไรด์นำไปสู่การเกิดพอลิเมอไรเซชัน ส่วนผสมของอาร์กอน คาร์บอนเตตระฟลูออไรด์ และคาร์บอนไดออกไซด์แสดงให้เห็นการเสื่อมสภาพต่ำในฟลักซ์แฮดรอน สูง ^{[ 21 ]}

เช่นเดียวกับแก๊ส ของเหลวไม่มีโครงสร้างภายในที่ตายตัว ดังนั้นผลกระทบของรังสีจึงจำกัดอยู่เพียงการสลายตัวด้วยรังสีซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของของเหลว และเช่นเดียวกับแก๊ส กลไกหลักอย่างหนึ่งคือการก่อตัวของอนุมูล อิสระ

ของเหลวทุกชนิดล้วนมีความเสี่ยงต่อความเสียหายจากรังสี ยกเว้นในบางกรณีพิเศษ เช่น โซเดียมหลอมเหลว ซึ่งไม่มีพันธะเคมีที่จะถูกทำลาย และไฮโดรเจนฟลูออไร ด์เหลว ซึ่งจะผลิตก๊าซไฮโดรเจนและฟลูออรีน ซึ่งจะทำปฏิกิริยากลับไปเป็นไฮโดรเจนฟลูออไรด์เองโดยธรรมชาติ

น้ำที่ได้รับรังสีไอออนไนซ์จะก่อให้เกิดอนุมูลอิสระของไฮโดรเจนและไฮดรอกซิลซึ่งสามารถรวมตัวกันใหม่เพื่อสร้างก๊าซไฮโดรเจนออกซิเจนไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์อนุมูลไฮดรอกซิลและอนุมูลเปอร์ออกไซด์ ในสิ่งมีชีวิตซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยน้ำ ความเสียหายส่วนใหญ่เกิดจากสารออกซิเจนที่ว่องไวซึ่งเป็นอนุมูลอิสระที่ผลิตจากน้ำ อนุมูลอิสระเหล่านี้จะโจมตีโมเลกุลชีวภาพที่ประกอบเป็นโครงสร้างภายในเซลล์ทำให้เกิดภาวะเครียดออกซิเดชัน (ความเสียหายสะสมซึ่งอาจรุนแรงมากพอที่จะทำให้เซลล์ตาย หรืออาจทำให้เกิดความเสียหายต่อดีเอ็นเอซึ่งอาจนำไปสู่โรคมะเร็งได้ )

ในระบบระบายความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ การเกิดออกซิเจนอิสระจะส่งเสริมการกัดกร่อนและถูกต่อต้านโดยการเติมไฮโดรเจนลงในน้ำหล่อเย็น^{[ 22 ]}ไฮโดรเจนจะไม่ถูกใช้หมดไป เนื่องจากโมเลกุลหนึ่งทำปฏิกิริยากับออกซิเจน โมเลกุลหนึ่งจะถูกปลดปล่อยออกมาจากการสลายตัวของน้ำด้วยรังสี ไฮโดรเจนส่วนเกินทำหน้าที่เพียงแค่เปลี่ยนสมดุลของปฏิกิริยาโดยการให้ไฮโดรเจนเรดิคัลเริ่มต้น สภาพแวดล้อมที่ลดลงในเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูงมีแนวโน้มที่จะเกิดการสะสมของสารออกซิไดซ์น้อยกว่า เคมีของ สาร หล่อเย็นในเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือดมีความซับซ้อนมากกว่า เนื่องจากสภาพแวดล้อมอาจเป็นออกซิไดซ์ กิจกรรมการสลายตัวด้วยรังสีส่วนใหญ่เกิดขึ้นในแกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งมีฟลักซ์นิวตรอนสูงสุด พลังงานส่วนใหญ่ถูกสะสมในน้ำจากนิวตรอนเร็วและรังสีแกมมา การมีส่วนร่วมของนิวตรอนความร้อนนั้นต่ำกว่ามาก ในน้ำที่ปราศจากอากาศ ความเข้มข้นของไฮโดรเจน ออกซิเจน และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะถึงสภาวะสมดุลที่รังสีประมาณ 200 Gy เมื่อมีออกซิเจนละลายอยู่ ปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไปจนกว่าออกซิเจนจะหมดและสมดุลจะเปลี่ยนไป การกระตุ้นน้ำด้วยนิวตรอนนำไปสู่การสะสมของสารประกอบไนโตรเจนที่มีความเข้มข้นต่ำ เนื่องจากผลของสารออกซิไดซ์ของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาได้ สารประกอบเหล่านี้จึงมักอยู่ในรูปของ ไอออนไน เตรตในสภาพแวดล้อมที่ลดลง อาจเกิด แอมโมเนียขึ้นได้ อย่างไรก็ตาม ไอออนแอมโมเนียอาจถูกออกซิไดซ์เป็นไนเตรตในภายหลังได้เช่นกัน สารประกอบอื่นๆ ที่มีอยู่ในน้ำหล่อเย็น ได้แก่ ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่ถูกออกซิไดซ์ (เช่นโครเมต ) และผลิตภัณฑ์ฟิสชัน (เช่นไอออนเพอร์เทคนี เตต และเพอร์ ไอโอเดต ไอออน ยูรานิลและเนปทูนิล ) ^{[ 23 ]}การดูดซับนิวตรอนในนิวเคลียสของไฮโดรเจนนำไปสู่การสะสมของดิวเทอเรียมและทริเทียมในน้ำ พฤติกรรมของน้ำวิกฤตยิ่งยวดซึ่งมีความสำคัญสำหรับเครื่องปฏิกรณ์น้ำวิกฤตยิ่งยวดแตกต่างจากพฤติกรรมทางเคมีรังสีของน้ำเหลวและไอน้ำ และกำลังอยู่ระหว่างการตรวจสอบ^{[ 24 ]}

ขนาดของผลกระทบจากรังสีต่อน้ำขึ้นอยู่กับชนิดและพลังงานของรังสี กล่าวคือการถ่ายโอนพลังงานเชิงเส้น (LET) น้ำที่ปราศจากแก๊สเมื่อได้รับรังสีแกมมาที่มี LET ต่ำแทบจะไม่เกิดผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวด้วยรังสี และรักษาสมดุลด้วยความเข้มข้นต่ำรังสีอัล ฟาที่มี LET สูง จะทำให้เกิดผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวด้วยรังสีในปริมาณที่มากขึ้น ในกรณีที่มีออกซิเจนละลายอยู่ การสลายตัวด้วยรังสีจะเกิดขึ้นเสมอ ไฮโดรเจนที่ละลายอยู่จะยับยั้งการสลายตัวด้วยรังสีจากรังสี LET ต่ำได้อย่างสมบูรณ์ ในขณะที่การสลายตัวด้วยรังสีจะยังคงเกิดขึ้นเมื่อมีไฮโดรเจนละลายอยู่

การมีอยู่ของสารออกซิเจนที่ออกฤทธิ์มีผลรบกวนอย่างมากต่อสารเคมีอินทรีย์ที่ละลายอยู่ มีการใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้ในการบำบัดน้ำใต้ดินด้วยการบำบัด ด้วย ลำแสงอิเล็กตรอน^{[ 25 ]}

แนวทางหลักสองประการในการลดความเสียหายจากรังสี ได้แก่ การลดปริมาณพลังงานที่ส่งไปยังวัสดุที่ไวต่อรังสี (เช่น โดยการป้องกัน การรักษาระยะห่างจากแหล่งกำเนิด หรือการจัดวางในตำแหน่งที่เหมาะสม) หรือการปรับเปลี่ยนวัสดุให้มีความไวต่อความเสียหายจากรังสีน้อยลง (เช่น การเพิ่มสารต้านอนุมูลอิสระ สารทำให้คงตัว หรือการเลือกวัสดุที่เหมาะสมกว่า) นอกเหนือจากการเสริมความแข็งแกร่งให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว การป้องกันในระดับหนึ่งอาจทำได้โดยการป้องกันด้วยวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง (โดยเฉพาะตะกั่ว ในกรณีที่พื้นที่จำกัด หรือคอนกรีต ในกรณีที่มีพื้นที่เหลือเฟือ) คั่นระหว่างแหล่งกำเนิดรังสีกับบริเวณที่ต้องการป้องกัน สำหรับผลกระทบทางชีวภาพของสารต่างๆ เช่นไอโอดีน กัมมันตรังสี การรับประทานไอโซโทปที่ไม่เป็นกัมมันตรังสีอาจช่วยลดการดูดซึมของไอโอดีนกัมมันตรังสีเข้าสู่ร่างกายได้อย่างมาก และ อาจใช้ การบำบัดด้วยคีเลชั่นเพื่อเร่งการกำจัดสารกัมมันตรังสีที่เกิดจากโลหะหนักออกจากร่างกายโดยกระบวนการทางธรรมชาติ

มาตรการรับมือที่แข็งแกร่งต่อความเสียหายจากรังสีประกอบด้วยสามแนวทาง ประการแรก คือการอิ่มตัวของเมทริกซ์ด้วยสารละลายขนาดใหญ่ ซึ่งจะช่วยดักจับการบวมที่เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการคืบและการเคลื่อนที่ของดิสโลเคชัน นอกจากนี้ยังช่วยป้องกันการแพร่กระจาย ซึ่งจำกัดความสามารถของวัสดุในการเกิดการแยกตัวเนื่องจากรังสี^{[ 26 ]}ประการที่สอง คือ การกระจายออกไซด์ภายในเมทริกซ์ของวัสดุ ออกไซด์ที่กระจายตัวช่วยป้องกันการคืบ และบรรเทาการบวมและลดการแยกตัวเนื่องจากรังสีด้วยการป้องกันการเคลื่อนที่ของดิสโลเคชันและการก่อตัวและการเคลื่อนที่ของสารแทรก^{[ 27 ]}สุดท้าย ด้วยการออกแบบขอบเกรนให้มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ การเคลื่อนที่ของดิสโลเคชันสามารถถูกขัดขวางได้ ซึ่งจะป้องกันการเปราะและการแข็งตัวที่ส่งผลให้วัสดุเสียหาย^{[ 28 ]}

รังสีไอออนไนซ์โดยทั่วไปเป็นอันตรายและอาจถึงแก่ชีวิตต่อสิ่งมีชีวิต แต่ก็อาจมีประโยชน์ต่อสุขภาพในการรักษาด้วยรังสี สำหรับโรคมะเร็งและ ภาวะต่อมไทรอยด์ทำงานเกิน ผลกระทบที่พบบ่อยที่สุดคือการเหนี่ยวนำให้เกิดมะเร็งโดยมีระยะแฝงหลาย ปีหรือหลายทศวรรษหลังจากการได้รับรังสี ปริมาณรังสีสูงอาจทำให้เกิด แผลไหม้จากรังสีที่เห็นได้ชัดเจนและ/หรือเสียชีวิตอย่างรวดเร็วจากภาวะแทรกซ้อนจากรังสีเฉียบพลันมีการใช้ปริมาณรังสีที่ควบคุมได้สำหรับการถ่ายภาพทางการแพทย์และการ รักษาด้วยรังสี

ผลกระทบต่อสุขภาพที่ไม่พึงประสงค์ส่วนใหญ่จากการสัมผัสรังสีสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักๆ ได้แก่:

• ผลกระทบแบบกำหนดได้ (ปฏิกิริยาที่เป็นอันตรายต่อเนื้อเยื่อ) ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการตายหรือการทำงานผิดปกติของเซลล์หลังจากได้รับยาในปริมาณสูง และ
• ผลกระทบแบบสุ่ม เช่น มะเร็งและผลกระทบทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนามะเร็งในบุคคลที่ได้รับผลกระทบเนื่องจากการกลายพันธุ์ของเซลล์ร่างกายหรือโรคทางพันธุกรรมในลูกหลานเนื่องจากการกลายพันธุ์ของเซลล์สืบพันธุ์^{[ 29 ]}

• วิทยาศาสตร์วัสดุรังสี
• อำนาจการหยุดยั้ง (รังสีอนุภาค)
• การชนกันแบบต่อเนื่อง
• แทร็กไอออน
• การเสริมความทนทานต่อรังสี
• ความเสียหายจากรังสีในโลหะและโลหะผสม

• Holton, JM (2009). "คู่มือเบื้องต้นเกี่ยวกับความเสียหายจากรังสี" . วารสารรังสีซินโครตรอน . 16 (2): 133– 142. Bibcode : 2009JSynR..16..133H . doi : 10.1107/S0909049509004361 . PMC  2651760 . PMID  19240325 .
• Muchová, E. (2023). "ความเสียหายจากรังสีที่เกิดจากการแตกตัวเป็นไอออนของน้ำในบริเวณกว้างจากการสลายตัวของไอออนที่ ละลายผ่านการถ่ายโอนอิเล็กตรอนแบบสองขั้นตอน" Nat . Chem . 120 (4): 1408– 1414. Bibcode : 2023NatCh..15.1408G . doi : 10.1038/s41557-023-01302-1 . PMC  10533389. PMID  37620544 .
• Gibson, JB (1960). "พลวัตของความเสียหายจากรังสี". Physical Review . 120 (4): 340. Bibcode : 1960PhRv..120.1229G . doi : 10.1103/PhysRev.120.1229 .