CC BY
7
сування вщ 160 до 200 оС за однакового вмюту компонент мoдифiкyвальнoï cyMrni межа мiцнoстi пiд час статичного згинання зростае на 42,0 %, 53,0 % та 46,7 %, вщповщно.
Висновок. Введення в дeрeвиннo-пoлiмeрнy кoмпoзицiю cyмiшi тех-нiчнoгo парафшу та пoлiвiнiлoвoгo спирту дае змогу значно шдвищити як по-казники водостшкосп ДПП, так i ïхньoï мiцнocтi. Для досягнення високих показниюв мiцнocтi та вoдocтiйкocтi ДПП, рекомендуемо таю параметри ïхньoгo виготовлення: стввщношення тeхнiчнoгo парафiнy та пoлiвiнiлoвгo спирту - 1/1; температура - 200оС; тривалють - 1,2 хв/мм.
Лютый П.В., Бехта П.А. Повышение водостойкости древесно-по-лимерных плит путем добавления в их композицию смеси технического парафина и поливинилового спирта
Установлено, что добавление в древесно-полимерную композицию модифицирующей добавки в виде смеси технического парафина и поливинилового спирта позволяет поднять показатели водостойкости древесно-полимерных плит без снижения их предела прочности при статическом изгибе. Повышение температуры и продолжительности прессования приводит к прямопропорциональному повышению показателей прочности и водостойкости. Рекомендуется для изготовления древесно-поли-мерных плит при добавлении смеси технического парафина и поливинилового спирта использовать следующие условия: соотношение компонентов модифицирующей смеси - 1/1; давление прессования - 3,5 МПа; температура прессования - 200 оС; продолжительность прессования - 1,2 мин/мм.
Lyutyj P. V., Bekhta P.A. Increase of water resistance of wood-plastic boards by addition in their composition of a compound of technical paraffin and polyvinyl alcohol
Wood-plastic boards modificated by the compound of technical paraffin and polyvinyl alcohol have the high water resistance. The increase of pressing temperature and pressing time leads to directly proportional rises of the bending strength and water resistance. The higher operational properties of wood-plastic boards are observed under next conditions: ratio between components of modificating additive - 1/1; pressing pressure -3.5 MPa; pressing temperature - 200 oC and pressing time - 1.2 min /mm.
УДК 535.343.2 Проф. З.П. Чорнш, д-р фiз.-мат. наук;
проф. В.1. Вайданич, канд. фiз.-мат. наук; проф. Г.М. Пенцак, канд. фiз.-мат. наук; доц. В.М. Салапак, канд. фiз.-мат.
наук; асист. М.В. Дячук - НЛТУ Украти, м. Львiв
ГЕНЕРАЦ1Я ЦЕНТР1В ЗАБАРВЛЕННЯ У КРИСТАЛАХ КА^ТЬ. ОДНОМ1РНА МОДЕЛЬ
В одномiрнiй моделi розраховано параметри радiацшноi чутливосп кристалiв йодистого натр^, легованих талieм. Дослщжено залежшсть ефективносп генерацп цен^в забарвлення залежно вщ вщсташ мiж сусщшми домшковими юнами.
Ключов1 слова: кристали, центри забарвлення, радiацiя.
Кристали Ка1-Т1 широко використовують як сцинтилятори. Абсор-бцшш, люмшесцентш, сцинтиляцшш та термоактивацшш властивост крис-ташв Ка1-Т1 грунтовно дослщжено в 70-х роках минулого столггтя. Результата цих дослщжень шдсумовано в низщ монографш [1, 2].
На сьогодш загальноприйнято, що сцинтиляци в кристалах Ка1-Т1 ви-никають унаслiдок рекомбшаци створених iонiзуючою радiацiею носив заряду на юнах талiю:
е- + е+ + Т1+ ^ е- + Т12+ ^ (е- Т12+) ^ Т1+ + ^ (1)
е+ + е- + Т1+ ^ е+ + Т10 ^ (е+ Т10) ^ Т1+ + ^2 (2)
З рiвнянь (1) i (2) випливае, що необхщною умовою для виникнення радюлюмшесценци е iснування в кристалi Т10- i T12+-центрiв:
• до опромшення кристал Ка1-Т1 мютить лише точков1 дом1шков1 дефекти (Т1+-юни);
• у процес опромшення кристала ютзуючою рад1ащею пара {Т1+-Т1+} ютв перетворюеться в {Т10-Т12+}-пару активаторних центр1в забарвлення. Законо-м1рним е питання: яка частка Т1+-ютв тд д1ею ютзуючо! рад1аци перетворюеться в активаторы центри забарвлення? Тобто потр1бно встановити ств-вщношення мiж концентращею по {Т1+-Т1+} пар ютв 1 концентращею пар центр1в забарвлення п.
За вщсутност прямих i достовiрних методiв визначення концентраци центрiв забарвлення, це питання в лiтературi не висвiтлено. У цш роботi вперше в одномiрнiй моделi розраховано параметри, якi характеризують ра-дiацiйну чутливiсть кристалiв Ка1-Т1, опромiнених радiацiею за температури кишння рiдкого азоту.
1. Одном1рна модель кристал1в NaJ-Tl
Одномiрну модель юнного кристала (модель iонного ланцюга зi вкрапленими точковими дефектами) за свош задумом створено й обгрунтова-но для розрахунюв параметрiв, якi характеризують радiацiйну чутливiсть кристалiв зi структурою флюориту, легованих неiзовалентними домiшковими юнами. Такi кристали мiстять дефекти дипольного типу й центри забарвлення виникають унаслщок захоплення носив заряду електричними диполями.
У кристалах Ка1-Т1 домшують точковi дефекти е Т1+-юни, а отже, ак-тиваторнi центри забарвлення виникають внаслщок локалiзацil носив заряду на електронейтральних вiдносно гратки точкових дефектах.
Специфiку утворених центрiв забарвлення в кристалах Ка1-Т1 шюс-труе рис. 1, на якому схематично зображено розташування I --юшв i Ка -iонiв у гратщ кристала Ка1 (кристалографiчний напрямок [110]). Вщстань мiж I --I - або Ка+-Ка+ iонами дорiвнюе л/2 -а, а вiдстань мiж Ка+-1 - iонами - а, де а - параметр кристалiчноl гратки Ка1.
На рис. 1, Ь зображено електронно-дiркову пару, що утворилася у гратщ кристала тд дiею ютзуючо! радiацil. Коли компоненти електронно-дiрковоl пари захоплюються Т1+-юнами, то утворюеться {Т10-Т12+} комплементарна пара цен^в забарвлення.
Якщо спроектувати юнш ланцюги, зображенi на рис. 1, на [100] крис-талографiчну вiсь кристала, то отримаемо схематичне зображення одномiрноl моделi кристалiв Ка1-Т1 (рис. 2).
7
2
[110]
© + + + + © +
е+ [110] --- ©---*
© + О + + © +
ТГ е" ТГ
1а
1Ь
НЮ] ->
О + + + +
+
16
Т1°
Т1
2+
Позначення для юн ¡в \ центр ¡в забарвлення: ф-ТГ-юн, П- Т1"-центр.
ф Т12+-центр; +-Ыа+-юн, — - Г-юн, О - електрон, © - д1рка.
Рис. 1. Схематичне зображення tратки кристала (кристалографiчний напрямок [110])
Рис. 2. Схематичне зображення (ратки кристала Ма1-Т1 (крисmалографiчний напрямок [100])
Специфжа генерацп цен^в забарвлення в кристалах Ка1-Т1 полягае в тому, що центри забарвлення виникають унаслщок локалiзацil носив заряду на електронейтральних точкових дефектах (в кристалах флюорит1в на дефектах дипольного типу [3]). Генеращя Т1°-цен^в вщбуваеться за умови, що електрон або безпосередньо захоплюеться Т1+-юном, або знаходиться в пер-шш координацiйнiй сферi T1+-iона. З урахуванням того, що в лужно-галощ-них кристалах дiрка набувае структури Ук-центра, Т12+-центри генеруються в тому випадку, коли дiрка розташована в першш або другiй координацiйнiй сферi Т1+-юна.
. 1енерац1я центрш забарвлення та гхне рад1ац1йно стимульо-ване знебарвлення
Мехашзм утворення активаторних центрiв забарвлення у кристалах NaJ-Tl схематично можна описати такою схемою:
де roi - iмовiрнiсть утворення пари цен^в забарвлення внаслiдок розпаду електронно-дiрковоï пари.
Якщо в фрагментi iонного ланцюга, довжину якого обмежують Tl -юни, пiд дiею радiацiï утворюеться електронно-дiркова пара (е+, е-), то внас-лiдок локалiзацiï носiïв заряду на Т1+-юнах утворюються {Tlo-Tl2+} компле-ментарнi пари центрiв забарвлення. Iмовiрнiсть виникнення такоï пари ю1 розраховували за методикою, описаною в роботах [4]. Утвореш Tlo- i Tl2+-
центри стабiльнi за температур T<T1, де Т1 - температура, за яко1' мае мiсце
кт
термодисощащя Tlo-центрiв (Tlo ———> Tl+ + e-). Для кристалiв NaJ-Tl Ti=135 К [5].
Для створення в кристалах електронно^рково1 пари затрачаеться енергiя iонiзуючоï радiацiï, величина яко1 перебувае в межах вщ Eg до 2Eg, де Eg — ширина забороненоï зони. Вщповщно середня енергiя, необхiдна для створення пари активаторних цен^в забарвлення, становить величину 1>5 • Eg
E
(о1
У мiру зростання концентраци центрiв забарвлення вступае в дда зво-ротний процес - радiацiйно стимульоване висвiчування центрiв забарвлення. Мехашзм висвгглювально1" ди iонiзуючоï радiацiï схематично можна описати такою реакщею:
де - iмовiрнiсть висвгглення пари центрiв забарвлення внаслiдок розпаду електронно-дiрковоï пари.
Релаксацiя центрiв забарвлення е результатом випромiнювальноï ре-комбшаци електронiв на T12+-центрах, а дiрок - на T1о-центрах:
e + Tl2+ ^ (e Tl/+) ^ Tf + hv1 (5)
e+ + Tlo ^ (el+ Tlo) ^ Tl+ + hv2 (6)
За високих доз опромiнення кристала настае динамiчна рiвновага мiж домшковими iонами та активаторними центрами забарвлення:
i2+\
На стади насичення забарвлення кристала концентрацiя центрiв забарвлення досягае граничноï величини
щ
Щ =-По ,
Щ + Щ
де: no - концентращя {Tl+-Tl+}-nap юшв у кристалi до його опромшення радь ащею; ni - гранична концентрацiя {Т1о-Т12+}-комплементарних пар.
3. Одержат результати та ix обговорення.
Радiацiйно чутливими матерiалами вважають кристали, в яких можна
18 1
створити концентращю центрiв забарвлення порядку n=10 см" , а енерпя ра-дiащi, затрачена на створення комплементарно! пари центрiв забарвлення, Е<100 еВ.
З результатiв, наведених у табл. 1 i 2, випливае, що кристали NaJ-Tl ефективно забарвлюються за температури, нижчо! за 135 К. Створеш радь ацiею центри забарвлення е активаторними i проявляються в гратщ кристала у виглядi {Т1о-Т12+} -комплементарних пар. Радiацiйна чутливють кристалiв NaJ-Tl залежить вiд концентраци активатора. У разi змiни концентраци активатора вiд 0,5 мол % TlJ до 0,01 мол %, енергетичнi затрати на створення пари цен^в забарвлення зростають за величиною на порядок, а гранична концентращя цен^в забарвлення зменшуеться на порядки (табл. 1 i 2).
Табл. 1. Параметри, ям характеризують генерацЮ u,eHmpie забарвлення та _висвimлювальну дю юшзуючо'1 радiацшно'i у кристалах NaJ-Tl_
с 1 o1 ®2 П/ , % /П)'
0,50 6 b 0,166 0,403 29,2
0,20 8 b 0,094 0,383 19,7
0,10 10 b 0,060 0,375 13,8
0,03 15 b 0,027 0,356 7,0
0,01 22 b 0,012 0,295 3,9
Прим1тка: с - концентращя Tl-юшв у кристал1 NaJ-Tl; l - середня вщстань м1ж
T1+-iонами в гратщ кристала; b - параметр юнного ланцюга (b=V2a, де a - стала кристал1чно'! гратки); n /no - спiввiдношення мiж концентрацiею цен^в забарвлення n i концентрацiею Tl-юшв на стадн насичення забарвлення кристала.
Табл. 2. Параметри, ям характеризують радiацiйну _чутлшйсть крисmалiв NaJ-Tl_
с 1 v, % /П0' И1 E, eB
0,50 6 b 5,6 7,30-1018 54,2
0,20 8 b 3,1 1,97-1018 95,7
0,10 10 b 2,0 6,90-1017 150
0,03 15 b 0,89 1,05-1017 333
0,01 22 b 0,41 1,95-1016 750
Примака: n2 /no- стввщношення мiж концентрацiею парних (n2) i одинарних (no) Tl-юшв; n1 - концентращя активаторних центрiв забарвлення в кристалах NaJ-Tl на стадн насичення забарвлення; Е - енерпя юшзуючо! радiацii, що затра-чаеться на створення комплементарно! ^Г-^^-пари.
У промислово вирощених кристалах NaJ-Tl, як використовують як сцинтиляцшш матерiали, концентрацiя активатора становить порядку
0,05-0,1 мол % TlJ. На вибiр оптимально! концентраци активатора впливають два чинники. З одного боку, в Mipy збшьшення концентраци Tl+-iонiв зростае енергетичний вихщ радюлюмшесценци, а вiдповiдно i сцинтиляцiй. З шшо-го - у високолегованих кристалах утворюються парт та агрегатш активатор-нi центри, що утворюють глибокi пастки для носив заряду, що попршуе сцинтиляцшш властивостi кристалiв.
У табл. 2 на основi статистичних розрахункiв наведено вщсотковий вмiст парних талiевих цен^в у кристалах NaJ-Tl. Як видно з табл. 2, у про-мислових сцинтиляторах NaJ-Tl (0,03-0,10 мол % TlJ) концентращя парних Т1+-юшв становить величину порядку 1 % вщ вмiсту активатора, гранична
17 18 3
концентращя центрiв забарвлення перебувае в межах 10 Ч101( см , а енергiя, що витрачаеться на створення пари цен^в забарвлення, становить 150-300 еВ.
Результати, наведет в табл. 1 i 2, розраховаш на прикладi кристалiв NaJ-Tl. Однак !х можна застосувати для шших лужногалощних кристалiв МХ-Tl, де M=Na, K, Rb, Cs, а X=Br, J, тобто для тих лужногалощних криста-лiв, у яких пщ дiею радiацil не утворюються стабшьт {F-H}-комплементарнi пари центрiв.
Л1тература
1. Алукер Э.Д. Электронные возбуждения и радиолюминесценция щелочно-галоидных кристаллов / Алукер Э.Д., Лусис Д.Ю., Чернов С.А. - Рига : Изд-во "Зинатне", 1979. - 252 с.
2. Лущик Ч.Б. Распад электронных возбуждений с образованием дефектов в твердых телах / Лущик Ч.Б., Лущик А.Ч. - М. : Изд-во "Наука", 1989. - 263 с.
3. Говор М.В. 1онш термоструми в радiацiйно забарвлених кристаллах SrCl2: Tl / Говор М.В., Крочук А.С., Салапак В.М., Чорнш З.П., Щур Г.О. // УФЖ. - 1999. - Т. 44, № 11. - С. 1428-1433.
4. Чорнш З.П. Генеращя цен^в забарвлення в легованих кристалах флюорипв. Одновимiрна модель / Чорнш З.П., Шрко 1.Б., Салапак В.М., Дячук М.В. // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : Вид-во УкрДЛТУ. - 2005. - Вип. 15.1. - С. 170-174.
5. Вишневский В.Н. Исследование рентгенолюминесценции кристалофосфоров NaJ (Tl) / Вишневский В.Н., А.Б. Лыскович, Н.С. Пидзырайло, Чорний З.П. // УФЖ. - 1962. - Т. 7, № 10. - С. 1101-1105.
Чорний З.П., Вайданич В.И., Пенцак Г.М., Салапак В.М., Дячук Н.В. Генерация центров окраски в кристаллах Naj-Tl. Одномерная модель
В одномерной модели рассчитаны параметры радиационной чувствительности кристаллов иодистого натрия, легованных таллием. Исследована зависимость эффективности генерации центров окраски в зависимости от расстояния между соседними примесными ионами.
Ключевые слова: кристаллы, центры окраски, радиация.
ChornijZ.P., Vajdanich V.I., Pentchac G.M., Salapak V.M., DyatchukM.V. Generation of coloration centers in NaJ-Tl crystals. One-measure model
In the single-measured model the radiation sensitivity parametres are calculated in NaCl crystals which are alloyed with thallium metals. There has been reseached the dependence of generation efficiency of coloration centers depending upon the distance between the neighbouring impurity ions.
Keywords: crystals, color centers, radiation._
