CC BY
14
Komarov S.M., Pasika V.R. Calculation and design of springs of the gang-saws improved main mechanism
The principal possibility of design of springs of the gang-saws improved main mechanism with necessary rigidity is shown. Algorithm and an application for the extension springs design are discussed. The necessary rigidity of the springs could be achieved using 2, 4, 6 or 8 springs. An engineer makes a final decision about the springs number according to the design of a particular gang-saw.
Keywords: gang-saw, spring of tension.
УДК 535.343.2 Проф. З.П. Чортй, д-р фiз.-мат. наук; ст. викл. 1.Б. Пгрко;
доц. В.М. Салапак, канд. фiз.-мат. наук; асист. М.В. Дячук - НЛТУ Украши, м. Львiв
К1НЕТИКА РАД1АЦ1ЙНОГО УТВОРЕННЯ ЦЕНТР1В ЗАБАРВЛЕННЯ В 1ОННИХ КРИСТАЛАХ. I. КРИСТАЛИ З ДОМ1ШКОВО-ВАКАНС1ЙНИ-МИ ДИПОЛЯМИ. ГЕНЕРАЦ1Я ^-ЦЕНТРШ
Запропоновано методику, в рамках яко! можна провести розрахунки кшетики на-ростання концентраци цен^в забарвлення в процес опромшення юнних кристалiв юшзуючою радiащею. Цю методику можна застосувати для кристалiв, що мютять дефекта дипольного типу, а також електронейтральш та заряджеш точковi структурш де-фекти. Розраховано кшетику наростання FA-центрiв забарвлення в кристалах зi структурою флюориту.
Ключовг слова: кристали, центри забарвлення, радiацiя.
Вступ. Рад1ацшне забарвлення в юнних кристалах (за виключенням де-яких лужно-гало!дних кристал1в) виникае внаслщок локал1зацп створених радь ащею вшьних носив електричного заряду на дорад1ацшних дефектах кристала. Рад1ацшна чутливють юнних кристал1в залежить вщ структури кристала, типу точкових дефекпв, !х електричного заряду та концентраци.
До кристал1в, як дослщжували в цш робоп, належать кристали флюори-т1в, легованих лужними металами або киснем. Рад1ацшш властивосп флюори-т1в Грунтовно дослщжеш як експериментально [1-5], так 1 теоретично [6-9].
У цш робот вперше в л1тератур1 в одновим1рнш модел1 юнного кристала розраховано кшетику наростання концентраци ^-центр1в забарвлення у про-цес1 опромшення кристала юшзуючою рад1ащею.
1. Механiзм генерацп центрiв забарвлення. Процес рад1ацшного забарвлення центр1в забарвлення описуеться такою реакщею [4, 5]:
де: ф - негативно заряджений ¿он лужного металу (1л+, К+); [+] - позитивно заряджена ваканс1я ¿она фтору; (£) [+] - домшково-вакансшний диполь (ДВД); [3| - -Р-центр; (3 О] - ^-центр; ^^ - локал1зована д1рка; (+)(-)[+!
- Гиз-центр; • - крапками позначен! ¿они основи кристала; 0 т • * • • • 0 [+] - фрагмент юнного ланцюга, довжина якого обме-жена ДВД; Я (е-, е+) - створена юшзуючою радiацieю електронно-дiркова пара; м1 _ ймовiрнiсть утворення (^А _ К^-пари центрiв забарвлення внаслiдок розпа-ду електронно^рко! пари; м2 _ ймовiрнiсть радiацiйного руйнування (знебар-влення) (^А _ Кко)-пари центрiв забарвлення.
Як видно з рiвняння (1), утворення центрiв забарвлення е результатом локалiзацп мобiльних носив заряду на ДВД. У кристалах флюоритiв дiрки рух-ливi за температур Т>140 К, а за нижчих температур автолокалiзуються [1]. Таким чином, реакщя (1) вiдбуваеться за умови, що кристали флюоритiв опромь нюють радiацiею за температур вище за 140 К. За бшьш низьких температур в опромшених кристалах виникають Кк-центри [1, 3], що ускладнюе радiацiйнi процеси, як перебiгають у кристалг
В одновимiрнiй моделi за методикою, описаною в роботах [7-9], проведет розрахунки радiацiйних параметрiв кристалiв флюоритiв. Результати роз-рахунюв для кристалiв з вмiстом легуючих добавок 0,2 мол. % i 0,025 мол. % наведено в табл. 1.
Граничш концентраци центрiв забарвлення розраховувались за формулою
С..
С0'
"И1
(2)
щ+ м2
а енерпю Е, яка витрачаеться, щоб створити в кристалi (^А _ Кко)-комплемен-тарну пару центрiв забарвлення:
.Б
Б = 1,5^,
"И1
(3)
де: С1 _ концентращя центрiв забарвлення на стади насичення забарвлення; С0 _ концентрацiя пар ДВД у кристалi до його опромшення; м1, w2 _ ймовiрностi ра-дiацiйного утворення та руйнування цен^в забарвлення; Е^ _ ширина заборонено! зони кристала.
Табл 1. Р^ацшш параметри одновимiрного кристала типу СаГ2-Ма, опромтеного за температуры Т>140 К
№
С, мол. %
I
м1
М2
С1/С
Б, еВ
1
0,2
8 а
0,071
0,366
0,162
211
0,025
16 а
0,045
0,330
0,120
333
С _ концентращя активатора, I _ середня вщстань м1ж юнами активатора, а _ параметр Гратки, м1 та м2 _ ймов1рност утворення та рад1ацшного руйнування центр1в забарвлення, С1 _ концентращя центр1в забарвлення, С0 _ початкова концентращя пар ди-жшв, Е _ енерпя утворення (ГА _ ¥ко) пари центр1в забарвлення.
2. Кшетика утворення центр1в забарвлення. В одновимiрному юнно-му кристалi iз п0 пар ДВД концентрацiю створених радiацiею FA-центрiв позна-чено символом [^А], а концентрацiю ДВД _ [<Я]. До опромiнення кристала (нульова доза опромшення) [^А] (0) = 0, а И1(0) = п0. Опромiненемо кристал дозою радiацil Е = п0 • Ну (де Ну = 1,5 Е^).
Пюля опромшення кристал мiстить Рд-центри, концентрацiя яких дорiв-
РА](Г) = щщ (4)
та домшково-вакансшш диполi:
Щ(Г) = по • (1-^). (5)
Наступна доза радiацп (Е = п0Иу) створить у кристалi новi РА-центри:
АШ^Г) = щ • Щ(Г) (5)
i вiдповiдно зруйнуе РА-центри:
А2[Ша](ГГ ) = м>2 • [РА](Г). (6)
Сумарне число PA-центрiв, якi утворилися в крист^ пiсля повторного iзодозного опромiнення:
[РА] (Г + ГГ) = [РА] (Г) + Ар (ГГ) - А¿[РА] (ГГ ) . (7)
Пюля п iзодозних опромiнень кристала сумарне число [ША]-цен^в у кристалi досягае величини:
[РА] (Г + ГГ + ...п) = [РА] (Г + ГГ +... (п -1)) + А1 [ША] (п) - А¿[РА] (п), (8)
а вiдповiдно концентращя PA-центрiв у кристалi становить:
С = [РА] (Г + ГГ + ..п) Со [¿](0) '
Результати розрахункiв за формулою (8-9) наведет в табл. 2-3 i графiчно зображенi на рис. 1-4.
Табл. 2. Кнетика наростання (ГЛ - УКо)-комплементарних пар центрiв забарвлення в одновимiрному кристаш типу СаЖ—Ма (С = 0,2 мол. %
(9)
№ Доза рад1аци (еВ) А, [Ра] А, [Ра] Сумарна доза рад1аци (еВ) [Ра]
1 15 0,071 0 15 0,071
2 15 0,066 0,026 30 0,111
3 15 0,063 0,040 45 0,134
4 15 0,061 0,049 60 0,156
5 15 0,060 0,057 75 0,156
6 15 0,060 0,058 90 0,158
7 15 0,059 0,059 105 0,160
А1 [РА] - концентращя РА-центр1в забарвлення, яга утворилися тсля опромшення дозою рад1аци Е = Иу; А2[Ра] - концентращя РА-центр1в забарвлення, яга зруйнован шс-ля опромшення зразка дозою рад1аци Е = Иу; [Ра] - сумарна концентращя РА-центр1в забарвлення тсля 1х опромшення п-дозами рад1аци (Е = п • п0 • Иу), де п = 1, 2, 3.
Табл. 3. Кнетика утворення (ГЛ - УКо)-комплементарних пар центрiв забарвлення в одновимiрному кристаш типу СаГ^Ма (С = 0,025 мол. % опромтених рентгетвськими променями за температури Т>140 К
№
Доза рад1ацц (еВ)
А1[ША]
А,[Ра]
Сумарна доза рад1ацц (еВ)
[Ра]
1
15
0,045
0
15
0,045
15
0,043
0,015
30
0,073
15
0,041
0,024
45
0,091
нюе
4 15 0,040 0,030 60 0,102
5 15 0,040 0,034 75 0,108
6 15 0,040 0,036 90 0,112
7 15 0,040 0,037 105 0,115
8 15 0,040 0,038 120 0,117
9 15 0,040 0,039 135 0,118
10 15 0,040 0,039 150 0,119
11 15 0,040 0,040 165 0,120
Рис. 1. Кнетика наростання концентраций FA-центрiв забарвлення залежно вiд дози юнЬуючо!радшцШ, яка поглинута фрагментом юнного ланцюга типу ДВД...ДВД (температура опромтеннязразюв Т>140К, концентращя активатора
С = 0,2 мол. %
Рис. 2. Залежтсть ефективност1 утворення FA-^Hmpie забарвлення (ДВД^¥Л-перетворень)(крива 1) та ixрадiацiйного руйнування ^А^ДВД) (крива 2) eid дози ютзуючо!paöiaufiЕ (температура опромтення зразюв T>140 K, концентрацш активатора С = 0,2 мол. % NaF)
0,00 -I------------
0 30 60 90 120 150 180
Е, еВ
Рис. 3. Кшетика наростання концентраци FA-центрiв забарвлення залежно вид дози юшзуючоТ радшци, яка поглинута фрагментом юнного ланцюга типу ДВД...ДВД (температура опромтення зразшв Т>140К, концентрацш активатора
С = 0,025мол. %
0,00 -I- -----------
О 30 60 90 120 150 180
Е. еВ
Рис. 4. Залежтсть ефективностг утворення FA^eHmpie забарвлення (ДВД^¥А-
перетворень) (крива 1) та ixрадiацiйного руйнування (FaА^ДВД-перетворень) (крива 2) eid дози юшзуючоТ радшци Е (температура опромтення зразкш T>140 K, концентрацш активатора С = 0,025 мол. % NaF)
Висновки:
1. Розроблено методику, яка дае змогу провести розрахунки кшетики наростання концентраци цен^в забарвлення у процес опромшення кристала юшзуючою радiацiею.
2. Величини граничних концентрацш цен^в забарвлення, отримат методом послщовних наближень (ивняння 9) i аналггичним методом ^вняння 2), збшаються.
3. Запропонований у цш робота метод розрахунку кшетики наростання цен-трiв забарвлення можна застосувати не тшьки для кристалiв, що мютять де-
фекти дипольного типу, а й до кристал1в з електронейтральними або заря-
дженими точковими дефектами.
Л1тература
1. Hayes W. Crystals with fluorite structure / W. Hayes. Oxford : Clarendon Press, 1974. - 448 p.
2. Martin P. Paramagnetic colour centres in SrF2-Na / P. Martin, A. Hamaidia, S. Margerie // J. Phus. C : Sol. State Phys. - 1985. V. 18, № 32. - P. 5947-5961.
3. Chornij Z.P. Reorientation of MA+-centers in CaF2-Me+ crystals / Z.P. Chornij. // Phys. Stat. Sol. - 2001. - V. 223. - P. 757-765.
4. FD-центри в кристалах флюорипв, легованих лужними металами / З.П. Чорнш, 1.Б. Пiрко, В.М. Салапак, М.Р. Панасюк // Журнал фiзичних дослщжень. - 2012. - Т. 16. - № 1. -С. 1602-1-1602-8.
5. Chornyi Z.P. Crystals SrCl2-K radiation sensitivity / Z.P. Chornyi, I.B. Pirko, V.M. Salapak // Functional materials. - 2011. - Vol. 18. - № 2. - P. 206-210.
6. Центри забарвлення в кристалах CaF2-Na i CaF2-Li. I. Результата експериментальних дослiджень / З.П. Чорнiй, 1.Б. Пiрко, В.М. Салапак, М.В. Дячук // Фiзика i хiмiя твердого тша. -2012. - Т. 13. - № 4. - С. 879-882.
7. Мехашзм генерацп цен^в забарвлення в легованих кристалах флюорипв. Одномiрна модель / З.П. Чорнш, 1.Б. Пiрко, В.М. Салапак, М.В. Дячук // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : УкрДЛТУ. - 2005. - Вип. 15.1. - С. 298-307.
8. Генеращя цен^в забарвлення в легованих кристалах флюорипв. Одж^рна модель / З.П. Чорнш, 1.Б. Шрко, В.М. Салапак, М.В. Дячук // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : УкрДЛТУ. - 2005. - Вип. 15.1. - С. 170-174.
9. Моделювання радiацiйних властивостей юнних кристашв / З.П. Чорнш, 1.Б. Пiрко, В.М. Салапак, М.В. Дячук// Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : НЛТУ Украши. - 2008. - Вип. 18.1. - С. 220-226.
Чорний З.П., Пирко И.Б., Салапак В.М., Дячук Н.В. Кинетика радиационного образования центров окраски в ионных кристаллах. I. Кристаллы с примесно-вакансионными диполями. Генерация FA-центров
Предложена методика, в рамках которой можно провести расчеты кинетики нарастания концентрации центров окраски в процессе облучения ионных кристаллов ионизирующей радиацией. Данную методику можно применить для кристаллов, содержащих дефекты дипольного типа, а также электронейтральные и заряженные точечные структурные дефекты. Рассчитана кинетика нарастания FA-центров окраски в кристаллах со структурой флюорита.
Ключевые слова: кристаллы, центры окраски, радиация.
Chornij Z.P., Pirko I.B., Salapak V.M., Djachuk N. V. Kinetics of formation of radiation color centers in ionic crystals. I crystals with impurity-vacancy dipoles. Generation FA-centers
The technique, in which you can make calculations kinetics increase the concentration of color centers during irradiation of ionic crystals to ionizing radiation. This technique can be applied to crystals containing defects such as dipole and electroneutral and charged point structural defects. Calculated kinetics of growth of FA-color centers in crystals with fluorite structure.
Keywords: crystals, color centers, radiation.
