Введение к работе
Актуальность темы исследования. Кристаллы MgFj являются одними из важных оптических и лазерных материалов. Кроме і ого, они используются в качестве транспортеров излучения, а также подложек полупроводниковых материалов. На основе Mj'.l-j изготавливается оптическая керамика, которая обладает оптическими свойствами, но многом не уступающими монокристаллам. Все эю определяет большой интерес со стороны нсследоваіелеі'1 к эюму материалу.
Редкоземельные ITR) примеси являются одними из важных легирующих добавок в шнрокошелевмх кристаллах. Ha основе легированных TR- элементами твердотельных материалов получен ряд очень цепных оптических, матерных материалов, а также люминофоры. Хотя они-широко применяются в управлении спектроскопическими и рздиашюнна-оншческими характерисиїкпми фгоридных материалов, их роль в изменении свЬГісііі крнсгаллон M(;Fj практически не исследована.
Для легированных кристаллов характерны очень сложные системы знеріепгіеских-лровнеп, ин.ипцщуальные свойства которых определяются типом примесного нона и свойствами матрицы, а также степенью взаимной егинн последних. Каждым примесным ион (агомі, внедренный и матрицу твердого тела, как правило, обладает характерной системой дискретных энергетических ургчшей, являющихся своеобразным мостом, ібссіїе'чшающчм физическою связь нрпгсклкчци\ л акт una горной среде г..!;ноойра.!ных процессов с полем излучения. 13 основе моіі спязн лежат ліеріеіические переходы между отдельными уровнями примеси, которые и обуедавлш.дап поглощение или излучение знеріпп средой. Зш свойства, в свою очередь, определяют условия возбуждения и реализации лчншнесиенцнп. дачерного шлучення, рабочую схему и типы оптических кппшойых іенераюров (лялеров), их часютпын диапазон, режим іекерапни, а глкже возможный температурный интервал получения сншулнрованного излучения. Поэтому только комплексное детальное исследование многих явлений, в основе которых лежат квантовые переходы между, тергетнчеекпми уровнями (.поглощение, люминесценция, crmivinpoBiiifiioc ииучепне и т. п.), может дать необходимые сведения об льтнваторе и о маїрнне, в которую он внедрен.
I'j'jecmo, что примеси двояким образом влияют на различные свойства твердых тел, С одной стороны, они придают определенные новые, отсутствующие в иелегнрованных материалах свойства, и тем самым позволяют целенаправленно управлять свойствами материалов. С друзой стороны, наличие тех или иных примееяй может существенно ухудшать некоторые полезные характеристики материалов, и тем самым они могут
оказываи, отрицательное влияние на параметры приборов и установок, создаваемых на их основе. Поэюму большое внимание со стороны исследователей уделяеіся влиянию тех или иных примесей на различные характеристики, в том числе на радиацношю-оггшчеекие свойства твердых тел, т.к. без легальною исследования влияния примесей па характеристики материалов невозможно целенаправленно управлять свойствами маїерналов
Исследование влияния TR- злементов иа радиапионно-езимулнрованные явления в MgFj, с одной стороны, было бы полезным с точки зрении установления общих закономерностей взаимовлияния собственных її примесных дефектных центров в кристаллах MgFi, с другой, оно необходимо для разработки полезных рекомендации практического использования данного материала.
Целью иастоишей дііссеріацшншоп работы является изучение характеристик и закономерностей создания, накопления, преобразования, а также отжига собственных и примесных радиационных центров ь номинально чистых и легированных редкоземельным рядом (Pr1 +, Sm", Tb,v, Но", Тт"", Yb1') кристаллов MgF2.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Сравнительное исследование процессов создания и накопления различных видов радиационных дефектов в номинально чистих и легированных редкоземельным рядом кристаллах MgF2, облученных у- лучами в широком долевым пределе (105-flO'J рад). .
-
Выявление обшей закономерности влияния исследованных редкоземельных примесей и специфических: характеристик отдельных элементов на создание в кристаллах MgF2 радиационных дефектов.
-
Установление спектралтных характеристик редкоземельных ионов в крисі аллах MgF2. :
-
Исследование термической и фотостабильности . радиационных, центров в легированных кристаллах. ,
-
Изучение и определение природы радпацио;іно-ішвеленних дефектных центров в легированных и нелегированных'кристаллах. Научная попита полученных результатов.
В настоящей работе впервые систематически комплексно исследованы спектрально-люминесцентные и радиационно-оптические характеристики кристаллов MgFj, легированных редкоземельными примесями, и получены следующие основные результаты:
1. Идентифицированы оптические переходы, обуславливающие фото- и
гаммалюминесцешшю ионов Sm'* Tm,+, Holf, Tb1+ л кристаллах MgF2.
2, Установлено; что многие редкоземельные примеси, являясь
преобразователями энергии электронных возбуждений в излучение,
.приводят к повышению радиационной стойкости кристаллов MgF3. ., .
4.
-
Показано, что примеси TR3+- ионов из-за отличия своих ионных радиусов от ионного радиуса Mg2*, который они заметают, приводят к уменьшению энергии образования радиационных дефектов и энергии их миграции. При этом, чем больше размер ионирго радиуса, тем меньше энергия образования и миграции радиационных дефектов.
-
Ионы УЬ в кристаллах MgF2 могут находиться как в трехвалентном, так и двухвалентном состоянии, что проявляется в анормальном поведении радиационных характеристик, нарушающих общую закономерность радиационного дефектообразования в редкоземельном ряду.
-
Идентифицирована природа ряда радиационных дефектных центров в нелегированных и легированных кристаллах MgF2, облученных большими дозами у- лучей..
-
Установлено, что с увеличением ионного радиуса примеси TRH- ионов уменьшается термическая и фотостабнлыюсть F- и М- центров в MgF2.
Практическая ценность работы. Результаты, полученные в данной диссертационной работе, значительно расширяют понимание радиационно-стимулированых явлений и природы радиационных дефектных центров в легированных кристаллах MgF2, стимулируют исследования, направленные на установление более адекватных механизмов радиационно-стимулнровашгых явлений в кристаллах MgF2 вообще, и в легированных кристаллах, в частности.
Выявленная в настоящей работе способность примеси TR+- ионов влиять на скорость накопления, на термическую и фотостабильность радиационных дефектов может быть применена- на практике для целенаправленного управления радиационными параметрами кристаллов MgF2.
. Основные положения, выносимые на зашиту:
-
Эффект преобразования редкоземельными ионами энергии электронных возбуждений в излучение и тем самым . уменьшения скорости ' накопления радиационных дефектов в кристаллах MgF2-TR,+,
-
«Эффект уменьшения энергии образования и энергии миграции радиационных дефектов в кристаллах MgF2, легированных редкоземельными примесями: с увеличением размера ионного радиуса TR - ионов уменьшается энергия радиационного создания и миграции структурных дефектов в MgF2.
-
Положение о том, что с увеличением разницы ионных радиусов, внедренных в структуру MgF2 ионов TR3+ от радиуса Mg2*, которые замещают примеси, термическая и фотостабнлыюсть радиационных дефектов уменьшается.
-
Идентификация люминесцентных переходов TR3+- ионов и природа некоторых радиационных дефектов в кристаллах MgF^.
Апробации работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях «Современные проблемы физики полупроводников» (Ташкент, 1955), «Актуальные проблемы физики полупроводниковых приборов» (Ташкент, 1997), «Проблемы іепі)еі и ческой физики и физики твердого тела» (Бухара, 1997), «Современные проблемы физики полупроводников» (Нукус, 1997), па И Республиканской конференции «Современные проблемы ядерной физики» (Самарканд, 1997), на III Международной конференции «Современные проблемы ядерной физики (Бухара, 1999), а также на научных семинарах отдела Радиационной физики твердого тела и лаборатории радиационных процессов в диэлектрических материалах ИЯФ АН РУ.
Структура н содержание работы:
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Она изложена на 116 страницах машинописного текста, включая 27 рисунков, 3 таблицы, библиографию из 87 названий.
