Введение к работе
Актуальность темн. Благодаря совокупности ценных Нашко-хкмя-ческих свойств кварцевое стекло находит широкое применение в самих различных областях современной науки и техники. Кварцевое стекло и изделия на его основе успеано используется в оптическом приборостроенин,для изготовления световодов и оболочек источников высокоинтенсивного света, слузгацих для накачки твердотельных лазерных систем, я т.д. В связи с интенсивным развитием атомной энергетики, космической техники, оптических кеянтовых .енератороЕ и волоконной оптики возникла необходимость создания материалов, обеспечивающих надеяну» работу приборов в различных условиях. В связи с этим необходима разработка методов прогноза поведения приборов и устройств на основе промышленного ква.девого стекла, работающих при воздействии ионизирующего и мощного ультрафиолетового (УФ) излучения.
Следует обметить, что поиск и разработка радиационно-стойких материалов доланн опираться на ясное понимание механизмов создания радиационных дефектов. Решение зтой проблемы требует фундаментальных исследований физических процессов в кварцевом стекле при воздействии мощного ионизирующего и интенсивной: УФ-излуче-ния. Поскольку при таких воздействиях в катрице твердого тела роадается большое разнообразие электронных возбуждений (ЗВ), это определяет значите, .ный рост интереса в последние годы к изучению процессов в твердых телах с их уч—;тием. Это обусловлено тем, что ЗВ играют значительную роль в протекании, таких радкационно-сти-гдаированных процессов, как передача энергии, перенос заряда, дефектообразование и т. д. Например, в ЩГК распад низкоэнергиги-ческих электронных возбуждений окситоны, электроны и дырки) происходит не только излучательно, но также оезнзлучательно с рождением дефектов структуры, что служит одніг из каналов де$ек-тообразованип наряду с упругим смешение, атомов.
Хотя существование различных электронных возбуждений в кварцевом стекле надеако установлено, однако такие вопросы как область свечения автолокализовакного экситона (АЛЭ), участие ЗВ е радиационном дефектообразовании изучены недостаточно. Яоэто>.»у изучение реализации механизма генерации дефектов структура в кварцевом стекле за счет ЭВ является актуальним. В этом направлении исследование радиационно- стимулированного свечения, преобразования энергии излучения,выяснение влияния активаторных цен-
трое на дефектообразование представляет интерес для понимании изменения тех или иных характериот"к кварцевых стекая б радиа цвонных полях, что позволяет виявлять условия получения радиа цконко-стойкик и радиацнон::о~чуствителышх материалов.
изучение радиацйонно-стимулироааншх явлений, протекающих ь кварцевых стекдах,отлнчающихся степенью разупорядоченности структуры, вносимой различными способами (высокотемпературной обработкой, механическим растягиванием и т. д.), совместно с вариацией типа,энергии,интенсивности радиации и температуры облучения, могуі давать ценную информацию о механизме радиационного дефектообразо-вания.
Выаеперечесленные вопросы определили цель настоящих исследований:
1.Установление области свечения АІЗ в кзарцезом стекле при возбуадении ионизирующей радиацией.
2.Определение механизма дефектообразования, происходящего в кварцевом стекле при облучении у- и УФ-излучениями.
3,Оценка влияния степени неупорядоченности структуры *:варцеьых стекол на эффективность дефектообразования при у-облучении.
4.Идентификация некоторых радиационно-наведеннкх дефектных центров в кварцевом стекле.
Для достижения поставленной цели требовалось реаение следуваих конкретних задач:
і.Для идентификации собственного свечения и механизма его воз-букдения провести исследование гаима -и фзтолкминесцейции в интервале температур *7?-г600 К необлученных и предварительно облученных у-лучами и нейтронами моноблоков различных типов кварцевые стекол и вытянутых из них трубок.
2.Для определения характера радиационного дефектообразования в различных типах кварцевого стекла изучить дозные зависимости накопления основных типов структурных дефектов (вакансий кислорода, Е* -центров и неместиковых атомов кислорода) . ;минесце.чтнкми, абсорбционными и ЭПР-методами.
^.Исследование радиационио-стиыулироьаиных дефектов при облучении кварцевого стекла У"~ свечением плазмы ксенонового разряда для выявления механизма образования дефектов структуры.
4. Сравнительное исследование дозных заг-«синостеИ накопления радиационных дефектов в номинально-чистых стеклах,а также в стек-,лах, легированных редксзеиелькаки прчмесями, с цель» установления возможности преобразования энергии электронных возбуждений в
-_ 5 -
излучение и уменьшения вероятности подпорогового дефектообразования.
Научная новизна;
1.Идентифицирована область свечения автолокализовзнного эксн-тона в кварцевом стекле.
2.Впервые достоверно установлен механизм подпорогового образования радиационных дефектов в кварцевых стеклах, связанный с безызлучательнкм распадом автолокалиэованиых экситонов.
3.Впервые показано, что эффективность подавления радиационного дефектообразования с участием ЭВ примесями редкоземельных элементов впрямую зависит от эффективности преобразования энергии ЗВ в люминесценцию каждой из примесей (Sra3+ или Се3*).
4.Экспериментально показано, что дефектность структуры кварцевого стекла приводит к повышению эфекгиЕности подпорогового дефектообразования.
Б.идекгиф :ированы центри свечения, связанные с дефектом типа трехкоординированного кремния (sSi4+) и с комплексным дефектом, включающим примесь водорода (=Si—Ой .....'О—Sis).
Практическая значимость:
1.Результаты, полученные при выполнении настоящей оаботы, значительно расширяют понимание механизмов радиационного дефектообразования и природы различных радиационно-стимулированных явлений в кЕарцезон сте ле и могут быть использованы специалистами, занимающимися как практическим пр: іенением, так и исследованием этого материала.
2. Закономерности влияния степени несовершенства структуры на радиационное дефектообразовакке,установленные в кварцевом стекле, могут быть полезными для понимания радиационных процессов, протекающих и в других неупорядоченных системах.
3.Реализация воэмозности преобразования энергии электронных возбуждений в излучение введением сильг-ипоминесцируючих примесей позволяет увеличивать стойкость кзарцевых стекол к воздействию у-и УФ- излучения.
На защиту выносятся следущие положения:
1.Вывод о том, что автолокализованяне экситоин в кварцевом стекле люминесцируют в области 495 им (2,50 эВ), полоса люминесценции с максимумом 465 нм (2,65 эВ) обусловлена трехкоордини-рованныма атомами кремния,а свечение с максимумом 550 нм(2,25 эВ) связано с коиплекснкм дефектом, включаюаим б свой состав примесь
водорода.
З.Основним механизмом радиационного дефектообразогания в кварцевой стекле при облучении у- и .^-излучениями является безызлу-чатедькый распад автолокализозанных якснтонов на структурные дефекта.
З.Введение сильнолшанесцируювих редкоземельных примесей(3пі3+, Се34), поглоцаящих энергию электронных возбуждений, приводит к тому, что вероятность безнзлучательного распада последних на дефекты уменьшается с увеличением эффективности преобразования примесями энергии ЭВ в излучение.
4.Увеличение степени деформации структуры стекла и количества разорванных связей приводит к облегчению подпорогового дефект^ образования под действием т-радиации.
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 9 научных статьях и тезисах докладов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:
l.Ha научно-технической конференции пс материалоседениіс в атомной технике (Свердловск, 1986 г.)
2-Ка VI Всесоюзной конференции по радиационной физике и химии исннах кристаллов (Рига, 1986 г.)
З.На V Всесоюзной кон$ереиции по взаимодействию электромагнитных излучений с плазмой (Тазкенг, 1989 г.)
4.На II Республиканской конференции по физике твердого тела (Оы, 1989 г.)
5.На VII Всесоюзном симпозиуме по оптическим и спектральным свойствам отексл (Ленинград, 1989 г.)
6.На I Республиканской конференции молодых ученых и преподавателей физики (Фрунзе, 1990 г.)
7.11а I Региональной конференции республик Спеїкей Азии и Казахстана по радиационной физике твердого тела(Самарканд,1Э31г.)
Объем и структура диссертационной работы: Дк оертяция состоит из введения, 4 глав,заключения и содержи? 120 страниц,в том числе З- рисунков и библиографии, насчитыза»«ей 123 наименований.
