Введение к работе
Актуальность темы; Б настоящее время несмотря на то, что в области радиационной физики твердого тела накоплено достаточно много экспериментально! и теоретических результатов, некоторые особенности, закономерности ударных и неударных механизмов создания, преобразования, диффузии дефектов и радйационнс,-стй.\?/.пг$-ровзнных фазовых превращений до конца не выяснена.
В частности, изучение особенностей а закономерностей реализации неударного механизма дофэктообразования при облучении кристаллов разными видами радиации с надпороговой энергией за счет неупругих потерь энергии находится на начальной стадии. При этом возникает другой вопрос, связанный с изучением влияния степени дефектности структуры и температуры облучения на эффективность образования де эктов, поскольку по мере роста флвенса облучения за счет накопления дефектов структуры и повызения температуры облучаемых материаялоз процесс дефектообрззовгния на разных этапах облучения происходит по разному. Многие особенности и закономерности физических процессов, протекающих в твердых телах, имеющих упорядоченные и неупорядоченные структура, при высоких плотностях радиационного воздействия практически не изучены.
При исследовании радизциояно-стимулированных процессов,механизмов ударного и неударного создания дефектов в неупорядоченных твердых телах возникает ряд дополнительных вопросов, связанных с определением зависимости величины пороговой энергии смещения, закономерностей развития каскада атомных столкновений,вероятности автолокализации и распада электронных возбуадений на структурно дефекты от типа и степени дефектности структура, которые в настоянеє время детально не исследованы.
Решение этих вопросов требует углубления и расширения имевдихся знаки? о радиационных процессах и механизмах их протекания в различных классах твердых тел при воздействии разных видов радиации. Поэтому результата исследования воздействия разных видов радиации с различной плотность» тока пучка и имеющих как надпоро-говув,так и подпороговув энергии на кристаллический берлинит с различной степенью дефектности структуры имеет ванное значение при установление зависимости механизмов создания точечных дефектов и структурных превращений от типа и степени дефектности структуры и является одним из актуальных вопросов радиационной физики твердого тела.
Цель и задачи работы. Цель» настоящей работы, является: - Исследование механизмов создания точечных дефектов и структурных превращений в кристаллах берлинита путем изучения процессов, стимулированных под действием разных видов радиации.
Достижение поставленной цели требует решение следующих задач: і. Изучение оптических свойств необлученяых и облученных т- лучами, нейтронами и заряженными частицами кристаллов берлинита для установления типа дорадиациошшх и радиационно-наведенных дефектов структуры.
-
Определение типа и концентрации примесей методом нейтронно -активационного анализа для вияснення их роли в радиационно-сти-мулированяых процессах.
-
Исследование распределения собственных дефектов структуры по толщине кристаллов берлинита, облученных рс ними флюенсами прогонов с надпоротой энергией, для изучения роли упругих и неупругих потерь энергии в создании дефектов, а также для изучения зависимости эффективности образования дефектов от степени дефектности структуры в процессе облучения.
-
выращивание и исследование структуры кристаллов берлинита, заращенных нз н&йтронно-облученных затравках методом рентгено-стру>:турного анализа для выяснения механизма радиацио.чно-сти-мулированного а - р - перехода при нейтронном облучении.
-
Исследование радиационно-оптических свойств кристаллов берлинита, выращенных на затравках, облученных разными флюенсами нейтронов как для изучения зависимости оптических свойств наросвего слоя от величины флпенса облучения затравки, так и для получения дополнительных данных о механизме а - -перехода.
6.Изучение воздействия комбинированного воздействия температуры и ионизирущей радиации на обычные кристаллы, предварительно облученные разными флюениш.. нейтронов, протонов и на кристаллы, выра-^ ценные ha нейтронно-облучекных затравках для исследования влияния степени дефектности структуры кристаллов и температуры облучения нг эффективность образования дефектов.
7. исследование оптических и других свойств кристаллов кварца, изоструктуряого аналога кристалла берлинита, после воздействия разных видов радиации для обоснования тех или иных предположений относительно механизмов, создания точечных дефектов и структурных превращений в кристаллах берлинита.
- 5 -Научная новизна:
-
Вперйые исследованы СП, ТВ,ТЛ и ГЛ необлученных и облученных разными дозами х -лучей, электронов, протонов и нейтронов. На основ-?, полученных результатов и данных нейтронно-активационного анализа по определению типа и концентрации примесей идентифицированы собственные и примесные центры окраски и люминесценции.
-
Впервые путем изучения распределения собственных дефектов по толщине кристаллов берлинита,облученных разными флюеисэми протонов с энергией 18 МэВ,достоверно показаны возмовности реализации неударного механизма дефектообразоаания. Повынение сгепе:-<я дефектности структуры по мере роста флве.чсэ облучения приводит к увеличению эффективности неударного создания дефектов за счет неупругих потерь энергии протонов. Предполагается, что неударное образование дефектов обусловлено коллективным ра іадом двух и более взаимодействующих экситонов, возникавших за счет неупругих потерь энергии протонов.
3. Впервые показано, что повышение дефектности структуры
кристаллов берлинита, вызванной предварительном облучением
протонами и нейтронами, приводит к увеличения эффективности
образования дефектов под действием х -лучей. На основе полученных
данных и результатов подобных исследовании в кристаллическом и
аморфном Si02 предполагается, что создание дефектов под действием
Х~ лучей обусловлено безизлучате. ним распадом экситонов вблизи
дефектов, наведенных предварительным облучением.
4. Впервые исследовано влияние комбинированного зоздойстсяя ц*-лучей
и температуры в интерзале 300^800 К на кристаллы берлинита.
Показано, что при 300? 500 X повынение дозы у-лучей приводит к
увеличению эффективности образования дефектов.
5. Впервые методом , рентгеноструктурного анализа изучены
структурное фазовые превращения з кристаллическом берлините при
нейтронном облучении. Определено количественное содержание J3 -фазы
как э нейтроннр-облученных кристаллах, так и в кристаллах берлини
та, выращенных на затравках, облученных разными флвенсами нейтро
нов. Полученные данные позволяют предположить, что в кристаллах
берлинита а-р- переход при нейтронном облучении происходит путем
образования зчродыпей р -фазы.
о. Впервые методом рентгеноструктурного анализа покапно, что и в кристаллах берлинита, выращенных на затравках, облученных различными флвенсами нейтронов,существует эффект "радиационной наслед-
ствениости". Концентрация 0 -фазы, наследуемый нарослим слоем, увеличивается с ростом флюенса облучения затравки, 7. Исследовано воздействие разны* доз г-лучей на кристаллы берлинита, выращенные на затравках облученных разними флоенсгми нейтронов. Обнарувено, что повыяекие флоенса облучения затравки приводит к увеличению эффективности образования дефектов под действием /-лучей. Предполагается, что создание дефектов происходит неударным путем на границах раздела ос- и 0 -фаз кристалла.
Практическая ценность
1. Результаты исследований, полученные при выполнении
настоящей работы, значительно расширяют нави представления о
механизмах радиационного дефектообразования и важны при
установлении природы -различных рздиационно-сткмулированных
co6cTf-HHui и примесных дефектных центров в других оксидных
материаллах, имеющих упорядоченные и неупорядоченные структуры, и
могут быть использованы специалистами, занимающимися их практичес
ким применением.
2. Результаты исследований структуры кристаллов берлинита,выра-
щенадх На нвйтронно-облученных затравках методом рентгенсструк-
турногс анализа является прямым подтверждением зародыиевого меха
низма а-р- перехода при нейтронном облучении. Эффект наследования
0-фазы наросиим слоем и увеличение его количества с ростом
флюенса нейтронного облучения затравок показывает, что выраиива-
нием кристаллов на радцац^сшно-модифицированных затравках мояно
целенаправленно управлять составом и структурой наросяего слоя.
Полученные результаты ванны и при изучении механизмов радиацион
ного дефектообразования и установлении взаимосвязи между реальной
структурой затравки и физико-химическими свойствами наросюего
слоя, и, как следствие, дзет больюие возможности яри создании
t-гатериалов с заданными свойствами.
На защиту выносятся;
і. Результаты изучения СП, ГЛ и ЇЛ необлученных и облученнщ разними видами радиации кристаллов берлинита и выводи о природе примесных и собственных центров окраски и свечения.
2. Результаты исследования распределения собственных точечных дефектов по толщине кристаллов берлинита, облученных протонами с надпороговой энергией и вывод об участии неупругих потерь энергии протонов в создании собственных дефектов неударным путем.
-
Вывод с б увеличении эффективности образования дефектов в процесса облучения за счет иеупругих потерь энергии протонов с ростом дефектности структуры.
-
вывод о том, что увеличение степени дефектности структуры кристаллов берлинита,вызванной предварительным облучением нейтрона и и протонами,приводит к облегчению неударного дефектообразова-ния под действием r-лучей и электронов с лодпороговой энергией.
-
Вывод о хом, что а- р - переход в кристаллах берлинита при нейтронном облучении происходит через образования зародыней 0-фззы и имевшаяся в затравке радиационно-наведенная 0-фаза доследуется наросшим сдоем.
6. Результаты исследования . процессов дефектообразования в
кристаллах берлинита, выращенных на затравках, облученных разными
флвеисэми нейтронов,после воздействия разных доз у-дучей и вывод о
возможности неударного создания дефектов на граница: раздела ос- и
0- фаз кристалла.
Апробаяия работы; Результаты работы,доклевывались и обсуждались на:
Всесоюзном конференции "Реальная структура и свойства ацен-тричных кристаллов" (г. Александров, .1991 г.).
II Республиканской конференции "Физика твердого тела и новые области ее применения" (г.Караганда, 1990 г).
I Республиканской конференции молодых ученых и преподователей физики (г.Фрунзе,1990 г).
I Региональной конференции республик Средний Азии и Казах стана по радиационной физике твердого тела (г.Самарканд 1991г).
Международной конференции "Radiation effects in insulators-7"
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 10 каучныг работ в виде статей н тезисов докладов Международных, Региональных и Республиканских совещаний, конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,четырех глав, выводов и изложена на 125 страницах маиинописяого текста, вклячая 3 таблицы, 26 рисунков и списка литературы из 112 наименований.