CC BY
8
Науковий bíchhk НЛТУ Укрш'нн. - 2014. - Вип. 24.3
5. 1НФОРМАЦ1ЙН1 ТЕХНОЛОГИ ГАЛУЗ1
УДК 535.343.2 Проф. З.П. ЧорнШ, д-р фiз.-мат наук;
ст. викл. 1.Б. Шрко, канд. фiз.-мат наук; доц. В.М. Салапак, канд. фiз.-мат наук; асист М.В. Дячук; доц. М.С. Кобринович, канд. фiз.-мат наук - НЛТУ Украти, м. Hmie
АКТИВАТОРН1 ЦЕНТРИ ЗАБАРВЛЕННЯ У КРИСТАЛАХ BACL2-PB
У лшшнш моделi юнного кристала розраховано ймовiрнiсть утворення активатор-них центрiв забарвлення тсля розпаду електронно-дiрковоi пари у кристалах BaCÍ2-Pb. Дослiджено юнетику нагромадження центрiв забарвлення у процесi опромшення кристала, розраховано граничну концентращю центрiв забарвлення та енергiю ix утворення. Розрахунки проведенi в штерваш температур T1<T<T2, де Т\ i Т2 - температури термо-дисоцiацii Vk i VкD-центрiв забарвлення. Радiацiйна чутливiсть кристалiв BaCl2-Pb за-лежить вiд вмiсту свинцю в кристалл зi збiльшенням концентраци активатора радь ацiйна чутливiсть кристала зростае.
Ключов1 слова: кристали, радiацiя, центри забарвлення.
Вступ. Чистi кристали BaCl2 пiд дieю рентгенiвського опромiнення не забарвлюються [1]. Радiацiйне забарвлення у кристалах BaCl2 виникае, якщо ix легувати домiшками, якi локалiзують на собi вiльнi носи електричного заряду. Зокрема юни Pb2+ у кристалi BaCl2 ефективно захоплюють зоннi електрони, внаслiдок чого в кристалi утворюються РЬ+-юни [1, 2].
Pb2+ + e- T<200 к ) Pb+. (1)
Вiдповiдно, створенi радiацiею дiрки або автолокалiзуються у гратщ кристала (утворюються Vк-центри):
e+ T<1 25 к ) Cl2 = Vk, (2)
або локалiзуються на РЬ2+-юнах з утворенням VKD-центрiв [1, 2]:
e+ + Pb2+ T<1 70 к > Pb2+Cl2 = Vkd . (3)
Завдання нашо'1' роботи полягало в тому, щоби в лiнiйнiй моделi iонного кристала [3-5] розрахувати радiацiйнi параметри кристалiв BaCl2-Pb в iнтервалi температур T1<T<T2, де Т1 i Т2 - температури термодисощаци VK i VKD-центрiв забарвлення вiдповiдно, та порiвняти 1'х з експериментальними результатами.
1. Радiацiйнi параметри крнсталiв BaCl2-Pb
За даними роботи [1] радiацiйне забарвлення у кристалах BaCl2-Pb (область температур T1<T<T2, де Т1 i Т2 - температури термодисощаци VK i VKD-центрiв, вiдповiдно) вiдбуваеться за схемою:
О......О^О......©О, (4)
- íoh Pb2+ в гратщ кристала; ......- крапками позначен! юни основи кристала;
R(e\ е ) створена юшзуючою рад1ащею електронно-д1ркова пара;
Pb+-iон;
(+) (3 - локал1зована бшя РЬ2+-юна д1рка (Укд-Центр);
м>1 - ймовiрнiсть утворення пари центрiв забарвлення тсля розпаду елек-
тронно^рково! пари у фрагмента юнного ланцюга; щ2 - ймовiршсть радiацiйного висвiтлення пари центрш забарвлення. У табл. 1 наведет результата розрахунюв рад1ацшних параметр1в крис-тал1в ВаС12-РЬ.
Табл. 1. Радiацiйнi параметри кристатв БаС12-РЪ
№ С, мол. % 1 щ1 щ2 С1/С0 Е, еВ
1 0,2 8 а 0,1217 0,2738 0,3076 73,95
2 0,025 16 а 0,0314 0,2190 0,1254 286,6
щ - 1мов1рност утворення та висв1тлення активаторних центов забарвлення вщповщно; С - концентращя активаторних центр1в; С0 - концентращя (РЬ2 ...РЬ+)-юшв; 1 - середня вщстань м1ж юнами активатора; С1 - концентращя комплементарних пар центр1в забарвлення на стади насичення кристала; Е - енерпя поглинуто! рад1аци, при якш утворюеться пара центр1в забарвлення.
1мов1рносп утворення щ1 та рад1ацшного висв1тлення w2 розраховаш за методикою, яка описана в роботах [3-5]. Граничну концентращю центр1в забарвлення С1 визначали за формулою [3, 4]:
= щ
С0 щ + щ2
а енерпю, затрачену на утворення пари центр1в забарвлення -
£ = 15^,
(5)
щ
(6)
де Ег - ширина заборонено! зони кристала ВаС12.
2. К1нетика наростання центр1в забарвлення
За методикою роботи [5] розраховано змши концентрацп центр1в забарвлення залежно в1д дози рад1ацп (табл. 2, 3). Для наочносп кшетика наростання густини центр1в забарвлення зображено на рис. 1, 3, а залежнють ефективност генерацп центр1в забарвлення та !х висвгглення наведено на рис. 2, 4.
Табл. 2. Кнетика утворення центрiв забарвлення у кристалах БаС12-РЪ
п [РЬ2+-РЬ2+ ] |~РЬ+ - е+РЬ2+ ] +[ДРЬ+] С0 -[ДРЬ+] С0
С0 С0
0 1,0000
1 0,8783 0,1217 0,1217
2 0,8047 0,1953 0,1069 0,0339
3 0,7560 0,2440 0,1022 0,0535
4 0,7328 0,2672 0,0920 0,0668
5 0,7168 0,2832 0,0892 0,0732
6 0,7071 0,2929 0,0872 0,0775
7 0,7012 0,2988 0,0861 0,0802
8 0,6977 0,3023 0,0853 0,0818
п - кшьгасть електронно^ркових пар, створених радiащeю у фрагментi iонного ланцюга в процесi опромiнення; [РЬ2+ - РЬ +]/Со - концентрацiя пар РЬ2+-юшв пiсля п-доз опромшення; [РЬ - е +РЬ2+] - концентращя центрiв забарвлення.
Табл. 3. Кнетика утворення центрiв забарвлення у кристалах БаСЬ^РЪ
(С=0,025 мол. % РЪСЬ)
п [РЬ2+-РЬ2+ ] [РЬ+-е+РЬ2+ ] +[АРЬ+] С0 -[АРЬ+] С0
Со С0
0 1,0000
1 0,9686 0,0314 0,0314
2 0,9451 0,0549 0,0304 0,0069
3 0,9271 0,0726 0,0297 0,0120
4 0,9142 0,0858 0,0291 0,0159
5 0,9043 0,0957 0,0287 0,0188
6 0,8970 0,1030 0,0283 0,0210
7 0,8914 0,1086 0,0282 0,0226
8 0,8872 0,1128 0,0280 0,0238
9 0,8840 0,1160 0,0279 0,0247
10 0,8816 0,1184 0,0278 0,0254
11 0,8798 0,1202 0,0277 0,0259
12 0,8785 0,1215 0,0276 0,0263
13 0,8775 0,1225 0,0276 0,0266
14 0,8768 0,1232 0,0275 0,0268
15 0,8763 0,1237 0,0275 0,0270
16 0,8759 0,1241 0,0275 0,0271
3. Обговорення результат
1з даних, наведених у табл. 2, 3 (рис. 1, 3), слщуе, що крив1 нагрома-дження центр1в забарвлення (крив1 1, рис. 1, 3) з1 збшьшенням дози рад1ацп до-сягають насиченння. При цьому граничш значення густини центр1в забарвлення, одержан! методом послщовних наближень (табл. 2, 3) та анал1тичним мето-
Рис. 1. Ктетика утворення (Pb+.e+Pb2+J-центрiв забарвлення (крива 1) тарадiацiйногоруйнування (РЬ2+....РЪ +)-активаторних пар (крива 2) у кристалах БаС12-РЪ2+ (С=0,2 мол. % РЪС12)
0.04 —о—2
< 0.03 -
0.02 -
0,01
0 -
■ п х hv
Рис. 2. Змта ефективност генераци [АРЪ+]-центрЫ забарвлення (крива 2) та ¡х висвiтлення (крива 1) залежно вид дози опромтення (С=0,2 мол. % РЪС12)
Рис. 3. Кнетика утворення (PЪ+.e+PЪ2+)-центрiв забарвлення (крива 1) тарадiацiйногоруйнування (РЪ2+....РЪ2)-активаторнихпар (крива2) у кристалах БиС12-РЪ2+ (С=0,025 мол. % РЪС12)
Радiацiйна чутливють кристатв ВаС12-РЬ залежить вщ вмюту свинцю у кристалл чим бшьша концентращя активатора, тим вища радiацiйна чутливiсть кристала (табл. 1-3).
Крива наростання густини центрiв забарвлення досягае насичення, коли ефективнiсть генераци цеш^в забарвлення i ефективнiсть 1х висвiчування до-сягають однакових значень (табл. 2, 3, рис. 2, 4).
1з результата розрахунюв (табл. 1-3) випливае, що у високолегованих кристалах ВаС12-РЬ концентрацiя активаторних центрiв забарвлення становить величину п»1018 1/см3, що узгоджуеться з експериментальними результатами [1, 2].
n x hv
Рис. 4. Змта ефективност1 генераци [АРЪ+]-центр1в забарвлення (крива 2) та ix висв1тлення (крива 1) залежно eid дози опромтення (С=0,025 мол. % PbCl2)
Л1тература
1. Чорнш З.П. Оптичш та люмшесцентш властивост кристашв хлористого барто, активованих свинцем / З.П. Чорнш, Х.К. Максимович, В.1. Вайданич // Вюник Львiвського унiверситету iM. 1вана Франка. - Сер.: Фiзична. - Львiв : Вид. центр Львiв. ун-ту iM. 1вана Франка. - 1978. - Вип. 13. - С. 45-51.
2. Вайданич В.1. Люмшесцентш властивост кристалiв йодистого барто / В.1. Вайданич, Х.К. Максимович, З.П. Чорнш // Вюник Львiвського ушверситету iM. 1вана Франка. -Сер.: Фiзична. - Львiв : Вид. центр Львiв. ун-ту iм. 1вана Франка. - 1971. - Вип. 6/14. - С. 20-26.
3. Chornyi Z.P. Crystals SrCb-K radiation sensitivity / Z.P. Chornyi, I.B. Pirko, V.M. Salapak // Functional materials. - 2011. - Vol. 18, № 2. - Pp. 206-210.
4. Чорнш З.П. Fo-центри в кристалах флюорипв, легованих лужними металами / З.П. Чорнш, 1.Б. Шрко, В.М. Салапак, М.Р. Панасюк // Журнал фiзичних дослiджень. - 2012. - Т. 16, № 1. - С. 1602-1-1602-8.
5. Чорнш З.П. Центри забарвлення в кристалах CaF2-Na i CaF2-Li. I. Результати експериментальних дослщжень / З.П. Чорнiй, 1.Б. Шрко, В.М. Салапак, М.В. Дячук // Фiзика i хiмiя твердого тша. - 2012. - Т. 13, № 4. - С. 879-882.
Чорний З.П., Пирко И.Б., Салапак В.М., Дячук Н.В., Кобрино-вич М.С. Активаторные центры окраски в кристаллах BaCl2-Pb
В линейной модели ионного кристалла рассчитана вероятность образования акти-ваторних центров расцветки после распада электронно-дырочной пары в кристаллах BaCl2-Pb. Исследовано кинетику нагромождения центров расцветки в процессе облучения кристалла, рассчитана предельная концентрация центров расцветки и энергия их образования. Расчеты проведены в интервале температур Г1<Г<Г2, где Т1 и Т2 - температуры термодисоциации VK и VKD-центров расцветки. Радиационная чувствительность кристаллов BaCl2-Pb зависит от содержания свинца в кристалле: при увеличении концентрации активатора радиационная чувствительность кристалла растет.
Ключевые слова: кристаллы, радиация, центры окраски.
Chornij Z.P., Pirko I.B., Salapak V.M., Djachuk N.V., Kobrunovitch M.S. Activator Colour Centres in BaCl2-Pb Crystals
The probability of activator colour centres formation in the decay of electron-hole pairs in crystals BaCl2-Pb crystals is calculated in the linear model of ionic crystals. The kinetics of colour centre accumulation during irradiation of the crystal is researched. The maximum concentration of colour centres and the energy of their formation are estimated. The calculations
HaqioHa^bHHH .icoTexHiHHHH yHiBepcHTeT YKpaiHH
are performed within the temperature interval T\<.T<.T2, where T1 and T2 are the temperature of thermal dissonation VK and VKD colour centres. The radiation sensitivity of the BaCl2-Pb crystals depends on lead concentration in the crystal.
Key words: crystal, radiation, colour centre, lead, linear model, kinetics.
yflK 539.372 npo$. E.n. no6epeuKO, d-p mexH. HayK -HHTy yKpaiHU, m. Hbeie
flEOOPMATHBHICTb nrPOCKOniHHHX MATEPIA.IB 31 3MIHHHMH nOTEH^A.AMH TEttflOMACOnEPEHECEHHfl
Ha 0CH0Bi 3aKOHiB MexaHiKH cy^gbHHx cepegoBH^ Ta TepMogHHaMiKH HepiBHoBax-hhx npo^ciB CHHTe3OBaHO i^HKo-MaTeMaraHHy Mogegb gga BH3HaqeHHa TeMneparypHo-BogoricHHx Ta pegaKca^HHo-gei^opMiBHHx nogiB y BHcymyBaHHX nugoMaTepiagax, aKa, Ha BigMrny Big BigoMHx MogegeH, gae 3Mory KigbKicHo oцiннтн BngHB nogiB HanpyxeHb Ha xa-paKTep npoTiKaHHa пpoцeciв TengoMaconepeHeceHHa y gocgigxyBaHoMy MaTepiagi. OKpiM цboгo, 3 BHKopucTaHHaM cKgagoBHx 3anponoHoBaHoi Mogegi Bnepme no6ygoBaHo hobhh eHTponiHHHH KpHTepiH мiцнocтi gga gepeBHHH 3i 3MiHHHMH пoтeнцiagaмн TengoMaconepeHeceHHa.
Knwuoei cnaea: rirpocKonmmcTb, TengoMaconepeHeceHHa, HanpyxeHHa, gei^opMa-THBHicTb, aKo6iaH rpagieHTiB pyxy.
3aragbHHH nigxig go gocgigxeHHa ge^opMa^HHo-pegaKca^HHHx i Tengo-Macoo6MiHHHx nogiB y TBepgux MaTepiagax 3anponoHoBaHo y [1, 2]. y пpaцax [3, 4] MeTogaMH MexaHiKH cyцigbнoгo cepegoBH^a i HepiBHoBaxHoi TepMogHHaMiKH HaBegeHo 3B'a3aHi piBHaHHa TengoMaconepeHeceHHa gga cyцigbннx cepegoBH^ y paMKax Teopii Magux npyxHo-ngacTHHHHx ge^opMa^H. y [4, 5] HaBegeHo MaTeMa-THHHi Mogegi пpoцeciв TengoMaconepeHeceHHa, ^a3oBHx nepeTBopeHb Ta ge^opMy-BaHHa y npo^ci cymiHHa KogoigHHx KanigapHo-nopHcTHx MaTepiagiB. B3aeMo-3B'a3oK ge^opMa^HHo-pegaKca^HHHx i TengoMacoo6MiHHHx nogiB y пpoцeci cymiHHa TaKHx MaTepiagiB HaBegeHo y пpaцax [3, 6, 7].
y po6oTi Ha ocHoBi TepMogHHaMiKH He3piBHoBaxeHHx npo^ciB i MexaHiKH cnagKoBHx cepegoBH^ po3rgagaeMo nigxig ^ogo gocgigxeHHa rpaHHHHoro Hanpy-xeHo-ge^opMiBHoro cTaHy KanigapHo-nopHcTHx MaTepiagiB 3i 3MiHHHMH noTeH^-agaMH TengoMaconepeHeceHHa y B'a3Konpyxmft o6gacTi ge^opMyBaHHa.
HexaH y geaKHH nonaTKoBHH MoMeHT Hacy t = t0 pyx MaTepiagbHHx tohok KanigapHo-nopHcTHx MaTepiagiB y пpoцeci iHTeHcHBHoro TengoBogoronepeHeceHHa ogHo3HaHHo BH3HanaeTbca KoopgHHaTaMH x0 k (k=1, 2, 3) y geKapToBift cHcTeMi ko-opgHHaT 3 oguHHHHHMH BeKTopaMH I1,I2, I3.
y пpoцeci 3HeBogHeHHa MaTepiagy tohkh x0 k xapaKTepH3yBaTHMyTbca iHmH-mh KoopgHHaTaMH xk, 3HaneHHa aKHx gga tohok x0 k e pi3HHMH, ^o 3yMoBgeHe He-piBHoMipHHM po3nogigoM nogiB TengoMaconepeHeceHHa B o6'eMi MaTepiagy. OTxe, xk e ^yH^iaMH KoopgHHaT x0 k Ta Hacy t, to6to x1 = x1(x0/,t), /'=1, 2, 3. ToMy ege-MeHTapHi o6'eM dV (t0) = dV0 Ta ngo^a noBepxHi dS(t0) = dS0 BignoBigHo nepeTBo-proBaTHMyTbca y dV (t) = V Ta dS(t) = dS.
,fl,ga BcTaHoBgeHHa 3B'a3Ky Mix BegHHHHaMH dV0 i dV (t), a TaKox Mix dS0 i dS(t), po3rgaHeMo HecKiHHeHHo Magy BeKTopHy BegHHHHy dx pagiyc BeKTopa toh-KH xi
326
36ipHHK HayKOBO-TexHiHHHX npaqb
