Введение к работе
Общая характеристика работы Актуальность проблемы. Интерес к изучению твердого тела и актуальность задач этих исследований всегда были необычайно велики в обществе. Это подтверждается множеством методов, предложенных для изучения и анализа конденсированных веществ. Как правило, качественный скачок достигался каждый раз при открытии и последующем применении новых методик, начиная с определения сравнительно простых макрофизических параметров, таких как твердость, плотность, цвет и прозрачность. В последние годы методы исследования пополнились методами спектроскопии твердого тела, которые открывают новый этап в познании вещества, вообще, и минералов, в частности.
Общая особенность всех разделов спектроскопии твердого тела -наблюдение атомов в состоянии их связи в конкретных кристаллах' и соединениях с целью определения их состава,'расположения атомов в структуре, свойств этих атомов в данной структуре (электронное строение) и свойств всего кристалла, определяемых составом, атомной и электронной структурой. Следует подчеркнуть, что только спектроскопия твердого тела дает причинную связь между составом, структурой и свойствами вещества.
При этом минералы интересны, в первую очередь, благодаря их большому промышленному Значению. Для драгоценных камней стоит собственная задача наиболее точной идентификации самого вида камня, дефектов, центров окраски с целью наиболее точной оценки его качества и стоимости. Среди вышеперечисленных физических методов исследования материалов люмннесцения является одним' из наиболее мощных инструментов по изучению минералов, позволяющая попять природу центров излучения и центров захвата в минералах. В то же нремя из более чем 3000 минералов люминесцирующими считаются только
240 минеральных видоп[1].
Актуальность разработки новых люминесцентных методик дл» анализа минералов определяется необходимостью:
-расширения круга люминесцирующих минералов;
-повышения стабильности и воспроизводимости спектральш.и результатов, позволяющих наиболее точно проводить анализ;
-выяснения природы люминсценции в минералах.
Целью настоящей работы является экспериментальное исследование иозмохности использования импульсной катодолюминесценциИ' (НКЛ) для анализа минералов и реализации на ее основе новых методик идентификации минералов и изучения структуры примесных центроп люминесценции (ЦЛ).
Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:
1.Выбрать и обосновать наиболее оптимальные параметры электронных пучков для возбуждения высокоинтенсивной ИКЛ, обеспечивающих неизменность физических и механических свойств (целостность) образцов, и создать на их основе экспериментальную установку с наиболее оптимальным способом регистрации, чтобы обеспечить точнеть, экспрессность и простоту анализа.
2.Экспериментально показать возможность использования ИКЛ для изучения структуры ЦЛ в твердом теле.
3.Показать возможность практического использования ИКЛ в различных областях науки и промышленности.
Научная новизна -Впервые создана ИКЛ установка, позволяющая возбуждать высокоинтенсивную люминесценцию и регистрировать ее в широком спектральном диапазоне за один импульс. -Реализован режим быстрой регистрации с временен экспозиции одного
5 кадра менее 1 мс, позволивший при комнатной температуре
зарегистрировать тонкую структуру в спектрах ИКЛ алмазов, корундов,
магний-алюминевой шпинели и других минералов, более полно
отражающей структуру энергетических уровней в твердом теле.
-Впервые обнаружены несколько полос люминесценции: например,
структурированная S-полоса и полосы флюоресценции в, корунде,
магний-алюминевой шпинели, оксиде магния; электронно-колебательная
серия узких линий в алмазе с положением нуль-фононной линии 455 нм
н энергией'квазилокальных колебаний 40 мэВ.
Научная, и практическая значимость работы определяется -возможностью использования ИКЛ в системах сепарации алмазов, позволяющей значительно повысить эффективность выборки; -возможностью использования ИКЛ для изучения внутренней структуры энергетических уровней центров люминесценции;
-возможностью использования ИКЛ для контроля качества кварцевого сырья;
-возможностью использования ИКЛ в геммологии для изучения и идентификации драгоценных камней.
Автор защищает: 1.Новый экспериментальный ИКЛ' комплекс и методику анализа минералов, обладающие следующими отличительными особенностями: -возбуждением люминесценции импульсными сильноточными электронными пучками, с параметрами, обеспечивающими высокую интенсивность свечения и целостность образцов при анализе;
-новой методикой регистрации люминесценции, позволяющей регистрировать весь спектр ИКЛ (или его участок) образца за одно измерение;
-режимами регистрации спектров, при которых времена регистрации оптимальны для спектральных полос с различными кинетическими
характеристиками с минимальным 'временем регистрации одного кадра
менее 1 мс.
2.Новые полосы и тонкие линии излучения в спектра* ИКЛ алмазов и
Сг-содержащих минералов (корунд, шпинель, оксид магния),
соответствующие энергетическим состояниям, предсказанным ранее
только теоретически или вообще новые, позволяющие сделать вывод о
возможности уточнения структуры энергетического спектра твердых тел
с помощью ИКЛ.
3.Одновременное наличие стоксовых и антистоксовых составляющих
колебательной структуры в спектрах ИКЛ алмазов, рубинов, сапфиров,
магний-алюминевой шпинели при комнатной температуре.
Апробация работы. Основные результаты . диссертации докладывались на IX Симпозиуме по сильноточной электронике (Россия,1992г.)! 10th International Conference on High Power Particle earns (1994,San-Diego,USA)j International Conference or Inorganic Scintillators and their Applications, SCINT95, (1995, Netherlands); Техническом совещании "Циклотроны и их применение" (Екатеринбург, 199S); 9-й международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов, РФХ-9 (Томск, 1996) ч опубликованы в печатных работах, перечень которых приведен ниже.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Полный ее объем составляет/2_страниц, включая 12 рисунков, ^Гтаблиц и список литературы," насчитывают»^ 69 наименований.
