CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1963
Том 140
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В ОБЛУЧЕННЫХ ПРОТОНАМИ И РЕНТГЕНОВСКИМИ ЛУЧАМИ КРИСТАЛЛАХ КВг и Ю
Ю. М. АННЕНКОВ
Исследования оптических свойств щелочных галоидов привели к выводу, что различные виды ионизирующего излучения генерируют одинаковые центры окраски.
Подобного единства не наблюдается при рассмотрении диэлектрических характеристик щелочно-галоидных кристаллов. Результатом взаимодействия реакторного излучения с кристаллами КВг является интенсивный максимум на кривой термического изменения tgo [1].
Данные работы [2] свидетельствуют об уменьшении величины угла диэлектрических потерь в диапазоне звуковых частот после воздействия рентгеновских лучей на монокристаллы KCl.
Если же рентгеннзованпые кристаллы освещать светом в F-поло-се поглощения, то в температурной зависимости диэлектрических потерь, измеренной на сверх высоких частотах, возникает ряд пиков [3,4].
Одной из причин несоответствия между экспериментальными данными многих авторов можно считать различия в условиях опыта, что не позволяет проследить изменения диэлектрических характеристик щелочно-галоидных кристаллов после воздействия на них различными видами излучения.
Сравнительно недавно опубликованные результаты работы В. В.Крас-нопевдева [5] свидетельствуют о присутствии релаксационных диэлектрических потерь в кристаллах КВг после электронной бомбардировки, которые проявляются в максимуме tgo при температурах выше 100°С.
При объяснении диэлектрической релаксации в КВг, облученном электронами, В. В. Краснопевцев допускает существование в междоузлиях положительных и отрицательных ионов, образованных в результате многократной ионизации ионов анионной субрешетки. Следуя моделированию центров окраски по Варли [6], автор предлагает релаксаторы в виде ассоциированных ^/.-центров и междоузельных катионов. Высказанная точка зрения о конфигурации квазидиполей, вызывающих увеличение tgS в облученных кристаллах, имеет ряд уязвимых мест.
1^4—полоса поглощения, которую Варли отождествляет с присутствием в решетке междоузельных ионов металла, экспериментально наблюдается только при низких температурах.
Кроме того ряд авторов [7] более вероятной считают модель V» центра в виде молекулярного иона галоида типа ориентирован-
ного в направлении [011] и занимающего 2 анионные и одну катион-ную вакансии. Химически это эквивалент //-центра плюс катионная вакансия и дырка. Подобный центр малоэффективен как ловушка для положительного заряда.
Возможно изучение диэлектрических потерь в нарушенных другими видами ионизирующего излучения щелочно-галокдных кристаллах позволит внести ясность в обсуждаемый вопрос.
Мы исследовали влияние рентгеновского и протонного облучения на угол диэлектрических потерь в кристаллах КВг и КЛ. Энергия протонов составляла 4,1 Л1эв, а поглощенная кристаллами доза изменялась от 2.1022 эв/см6 до 5.102;5 эв1сж\ Облучение рентгеновскими лучами проводилось на установке РУП-2, поглощенная энергия варьировалась в пределах 5.10!1) эв\смг— 2.10'-1 эв\сж\
С увеличением температуры tgo в ненарушенных радиацией кристаллах КВг и КЛ меняется монотонно, увеличиваясь с ростом температуры.
На рис. 1 представлены температурные зависимости диэлектрических потерь для монокристаллов КВг, измеренные до и после облучения ионизирующим излучением.
¥
1 ! 1 1 ! ; ; | 1 1 1 1 у ! / !
! 1 | 1 |
I 1 1 5 и / У / 1
1 м
г, А и Т 1 ! 1 :
1
\ 1
га щ ш за т т м т ^ т т т гьвъ
Рис. 1. Температурные зависимости о при 1000 гц для 1 — необлучеииых кристаллов КВг, облученных рентгеновскими лучами:
2 — 1Ъ-[()^эв!смз,
3 — 5,2-\0*о эв¡см3,
4-1,6-1021 зв/с.«з
5 — облученных протонами (2,0- 2023 эв<'смЗ).
Протонная бомбардировка исследуемых кристаллов приводит к уменьшению tg8 в области низких температур и появлению интенсивного максимума при 330—135°С.
Следует подчеркнуть, что изменение интегрального потока протонов при выбранных условиях облучения не влияет на исследуемые свойства облученного бромистого калия.
Рентгенизация кристаллов КВг вызывает картину радиационного изменения диэлектрических потерь, аналогичную протонной бомбардировке.
Однако увеличение дозы рентгеновских лучей, поглощенной кристаллами, стимулирует рост амплитуды максимума и смещение пика в сторону высоких температур. При поглощенных дозах, больших 1,4-1021 эв\смсмещение температуры максимума прекращается и его величина соизмерима с эффектом после протонного облучения.
Широкий температурный пик tgo, появляющийся после воздействия протонами на кристаллы КЛ, находится в пределах 125 —135°С (рис. 2). Амплитуда максимума увеличивается, насыщаясь при дозах больших 1 ■ 1023 эв/см*.
/¡Г 1 А
тез
10 30 50 10 90 НО 130 150 170 № 210°С
Рис. 2. Зависимости tg о от температуры при
100 гц для — необлученных крис-
таллов КЛ; облученных рентгеновскими лучами -о-о-о-о — 1.3-10=1 эв\см-1> X — X— X — X— 2,6 ■ 2121 эв\см3, — А — д — д — а — облученных протонами (2,5-102 зэв/слз). (Цифрами указаны значения энергии излучения, поглощенной кристаллом).
В температурном интервале 20—70°С угол потерь в облученных протонами кристаллах меньше, чем в необлученных.
Рентгенизация иодистого калия приводит к уменьшению диэлектрических потерь в широкой области температур вплоть до 170°С. Только при поглощении кристаллом энергии рентгеновских лучей 1,3*1021 эв\смъ удается заметить появление температурного максимума tg§ в той же области кривой, где наблюдается интенсивный пик угла потерь для КЛ после протонного облучения.
Положение температурных максимумов tgo, наблюдаемых в окрашенных кристаллах КВг и КЛ, смещаются в сторону больших темпе-
ратур в соответствии с энергией активации релаксационного процесса, равной соответственно 2,0 эв и 2,8 эв%
Рентгеновское облучение приводит в основном к появлению V,. и Г полос поглощения, которые становятся более интенсивными в случае протонной бомбардировки. Нагревание кристаллов КВг и КЛ до 200еС полностью устраняет максимумы tgo и окраску.
Как указывалось, температурный максимум tgo, возникающий после облучения протонами кристаллов КЛ, уменьшается при значениях поглощенной энергии меньших, чем Ю-1022 эв!см\ Доза ренгеновских лучей изменялась от 5-10'и> эв\см? до 2-Ю21 эв\смъ. Следовательно, максимальная энергия рентгеновского излучения, поглощенная образцом, еще не достаточна, чтобы интенсивно генерировать дефекты, вызывающие появление ярко выраженного температурного максимума tgo, имеющего место после протонной бомбардировки.
Поглощение э нергии рентгеновских лучей 2,5* 10"1 эв/см'* для КВг достаточно, чтобы насытить процесс образования дефектов, ответственных за увеличение tgo.
Следовательно, сопоставление радиационных изменений диэлектрических свойств ионных кристаллов различного химического состава с поглощенной дозой излучения может привести к неверным количественным оценкам эффекта облучения.
Экспериментальные результаты, приведенные на рис. 1 и рис. 2, наглядно показывают, что протонная бомбардировка и рентгенизация вызывают появление в щелочно-галоидных кристаллах одинаковых дефектов в концентрациях, пропорциональных запасенной энергии.
Энергия активации релаксационных процессов, имеющих место в облученных кристаллах КВг и КЛ, составляет значительную величину и больше для монокристаллов с меньшей энергией решетки (2,0 эв для КВг 2,8 эв. для КЛ).
Сравнение энергии активации для ориентации поляризующихся дефектов в облученных КВг и КЛ с подобной характеристикой релаксационного процесса, вызванного ассоциированными парами вакансий [8], свидетельствует об усложнении структуры квазидиполей при переходе к кристаллам с меньшими силами связи между ионами.
Уменьшение электропроводности щелочно-галоидных кристаллов после рентгеновского [9] и протонного [10] облучения позволяет полагать, что основной частью релаксирующих квазидиполей являются катионные вакансии.
Вероятнее всего квазидиполи представляют из себя катионные вакансии, захваченные определенными ловушками, размеры которых больше в КЛ, чем в КВг.
Наши результаты по изучению диэлектрических потерь в облученных протонами кристаллах КЛ и высвеченных белым светом свидетельствуют о незначительном влиянии электронных центров окраски на величину максимума tgo.
Однако представлять ловушку катионных вакансий (или междо-узельных ионов, как это следует из работы Краснопевцева) в виде У2 или ^-центров вряд ли возможно.
В случае облученных протонами и рентгеновскими лучами монокристаллов ЫаС1 мы не наблюдали релаксационного максимума tgo, аналогично температурному пику диэлектрических потерь для нарушенных радиации кристаллов КВг и КЛ, несмотря на то, что концентрация дырочных центров в хлористом натрии была больше, чем в КВг и КЛ [8]. 74
Возможно, присутствие 1/-центров необходимо, но недостаточно для образования сложных квазидиполей в облученных щелочно-га-лоидных кристаллах. Дополнительные условия, вероятно, соблюдаются только в более рыхлых кристаллах (КВг, KJ). Совместное изучение температурной стабильности дырочных центров окраски и дефектов, вызывающих релаксацию в облученных КВг и KJ, а также исследование диэлектрических потер:, в аддитивно окрашенных кристаллах позволит с большей уверенностью провести моделирование поляризующихся комплексов.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. В. Краснопевцев. ФТТ, т. 3, в. 1. 214, 1961.
2. Л. А. Гол. у бе в а, Т. И. Никитинская. Доклад на 22 совещании по физике щелочио-галоидных кристаллов, Рига, 1961.
3. И. И. Е ж и к, С. Т. Ш а в л о. Изв. вузовв, физика, № 4, 140, 1959.
4. И. И. Ежик, С. Г. Ш а в л о. Изв. вузов, физика, j№ 5, 13, I960.
5. В. В. Краснопевцев. ФТТ. 5, 22Ы, 1963.
6. I. Va ríe у Н. О. Journ. Nucí, Energy, 1, 130, 1959.
7. R. Chris ty. Phelps, Phys Rev., 124, 1053, 1961.
8. Ю. M. Анненков Статья в настоящем сборнике.
9. R' Chrsity, Fakushima, Phvs. Rev., 118, 1222, 1960.
10. Kobayashi K-, Rev., 102, 348,"i955.
