ПОВЕДЕНИЕ ЩЕЛОЧНО-ГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ ПРИ β-ОБЛУЧЕНИИ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 539.3

ПОВЕДЕНИЕ ЩЕЛОЧНО-ГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ ПРИ 0-ОБЛУЧЕНИИ

© А.В. Чиванов, Г.В. Новиков, В. А. Федоров, А.В. Гриднев

Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Россия, e-mail: feodorov@tsu.tmb.ru

Ключевые слова: монокристаллы; Р-облучение; микротвердость; малые дозы; разупрочнение.

В работах выполненных ранее было показано влияние малых доз УФ [1-4] и рентгеновского [5] излучений на механические свойства щелочно-галоидных кристаллов. В данной работе проведены исследования взаимодействия низкоэнергетических электронов (до 75 кэВ) с щелочно-галоидными монокристаллами NaCl и LiF.

Исследования проводили на щелочно-галоидных монокристаллах ЬіЕ и №01. Содержание примесей в кристаллах ЩГК не превышало 10-3% вес. Размеры образцов составляли 10x5x3 мм.

Источником электронов служил катод, находящийся в вершине колонны электронного микроскопа ЭМВ-100 Л. Облучение образцов проводилось в вакууме.

Время облучения варьировалось от 10 мин до 3 часов. При облучении использовались электроны с энергией 50 и 75 кэВ.

Изучалась поверхность образца до, и после облучения, без травления и после травления.

После облучения кристалл подвергался локальной деформации на приборе ПМТ-3М, с использованием пирамидки Виккерса. Время нагрузки составляло 10 с. При измерении микротвердости с облученной стороны нагрузка на индентор составляла 0,1; 0,6 и 2 Н; с противоположной стороны - 0,6 Н. При измерении микротвердости диагонали индентора всегда располагали параллельно кристаллографическим направлениям (100) и (010).

При облучении ЩГК электронным пучком на его поверхности образуется большое количество дефектов в приповерхностных слоях поглощающих свет в види-

мом диапазоне. Кристаллы ЫБ приобретают оранжевую окраску, а кристаллы ЫаС1 - фиолетовую. Причем при ускоряющем напряжении 50 и 75 кВ окраска, хорошо видна невооруженным глазом и образуется, только на той поверхности, которая подвергалась непосредственно Р-облучению.

Разрушение поверхности образцов происходит и из-за нагрева, о чем свидетельствуют микротрещины на поверхности. Температура достигает существенных величин. Это приводит к плавлению поверхностных слоев. При охлаждении происходит кристаллизация. На рис. 1 видны предположительно следы этой кристаллизации в виде дендритных выростов.

Обнаружено, что при воздействии Р-облучения на монокристаллы ЫБ и ЫаС1 происходит немонотонное изменение микротвердости Ну (рис. 2а, б).

Установлено, что на разных этапах Р-облучения происходит как уменьшение, так и увеличение микротвердости ЫБ и ЫаС1. Из графика зависимостей рис. 2а видно, что для ЫБ при энергии электронов Еэл = 50 кэВ за время Г = 80 мин происходит упрочнение, затем до —100 мин разупрочнение монокристаллов. В промежуток времени от 100 до 140 мин ситуация повторяется монокристалл упрочняется (до 120 мин) и второй пик

а) б)

Рис. 1. Поверхность образцов ЫБ облученных в течение 3 ч: а) без травления; б) после травления

а)

б)

Рис. 2. Зависимость изменения микротвердости монокристаллов ЬіБ и №аС1 от времени в- облучения, при нагрузке Р = 0,6 Н, Еэл = 50 кэВ; 1 - №аС1, 2 - ЬіБ: а) облучаемая сторона 2) противоположная облучаемой сторона (пунктиром показана первоначальная микротвердость для №аС1)

разупрочнения наблюдается при 140 мин. облучения. Третий пик упрочнения наблюдается при 150 мин. Аналогичный ход зависимости наблюдается и при энергии электронов Еэл = 75 кэВ.

Опыт показывает, что в монокристаллах LiF и NaCl изменение микротвердости происходит и на поверхности противоположной облучению (рис. 2б). Пики и впадины на зависимостях с противоположной стороны соответствуют пикам и впадинам с облучаемой стороной.

ЛИТЕРАТУРА

1. Плужникова Т.Н., Федоров В.А., Чиванов А.В., Чемеркина М.В. Влияние малых доз ионизирующего излучения на процессы подвижности дислокаций // Биосовместимые наноструктурные материалы и покрытия медицинского назначения: сб. науч. тр. Рос. школы-конф. молодых ученых и преподавателей. Белгород, 25 сент. - 1 окт. 2006 г. Белгород, 2006. С. 368-370.

2. Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Кириллов Р.А., Чиванов А.В., Чемеркина М.В. Влияние УФ излучения на движение дислокаций в ионных кристаллах // Вестн. Тамб. ун-та. Сер. Естеств. и техн. науки. 2007. Т. 12. Вып. 1. С. 68-69.

3. Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Чиванов А.В., Кириллов Р.А., Чиванов А.В., Киреев АМ. Метод исследования динамики полей напряжений // Вестн. Тамб. ун-та. Сер. Естеств. и техн. науки. 2007. Т. 12. Вып. 1. С. 69-70.

4. Федоров В.А., Плужникова Т.Н., Чемеркина М.В., Чиванов А.В., Кириллов Р.А. Изменение пластических свойств ионных кристаллов под действием ультрафиолетового излучения // Изв. РАН. Сер. физическая. 2008. Т. 72. № 9. С. 1330-1334.

5. Кириллов Р.А., Плужникова Т.Н., Федоров В.А., Чиванов А.В. Движение краевых и винтовых дислокаций в ионных кристаллах при воздействии малых доз рентгеновского излучения // Вестн. Тамб. ун-та. Сер. Естеств. и техн. науки. XI Державинские чтения. Науч. конф. преподавателей и сотрудников, посвящ. 75-летию ИМФИ ТГУ им. Г.Р. Державина. 3 февр. 2006 г. Тамбов, 2006. Т. 11. Вып. 1. С. 26-27.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 09-01-97514 центр а.)

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Chivanov A.V., Novikov G.V., Fedorov V.A., Gridnev A.V. Behavior of alkali halide crystal with P-irradiation.

Studies conducted earlier have shown the effect of small doses of ultraviolet [1-4] and X [5] radiation on the mechanical properties of alkali halide crystals. In this paper we studied the interaction of low-energy electrons (75 keV) with the alkali-halide single crystals of NaCl and LiF.

Key words: crystals; P-irradiation; microhardness; low doses; loss of strength.