CC BY
9
3. ТЕХНОЛОГИ! ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК 535.343.2 Проф. З.П. Чоршй, д-р фiз.-мат. наук;
доц. В.М. Салапак, канд. фiз.-мат. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв
РАД1АЦ1ЙНА ЧУТЛИВ1СТЬ КРИСТАЛ1В ФЛЮОРИТ1В,
ЛЕГОВАНИХ ТАЛ1СМ
В одномiрнiй моделi розраховано параметри рад1ацшно'1 чутливостi кристалiв флюоритiв, легованих талieм. Визначено граничнi концентрацп центрiв забарвлення залежно вщ концентрацп домiшки талш в кристалi флюориту.
Ключов1 слова: кристали, центри забарвлення, радiацiя.
Вступ. У попередшх наших роботах [1, 2] у модел1 юнного ланцюга розраховано рад1ацшш параметри кристал1в флюориив з точковими дефектами дипольного типу, створених або юнами лужних метал1в, або киснем вщ-повщно. У цш робот дослщжено рад1ацшш властивост кристал1в флюориту з домшково-вакансшними диполями, до складу яких входять юни талда.
Структура точкових дефекпв i центрiв забарвлення. З цшого кла-су кристал1в з1 структурою флюориту, легованих татем, на сьогодт в лггера-тур1 експериментально дослщжеш лише кристали БгС12-Т1+. 1они татю входять в матрицю кристатв хлористого стронщю у вигляд1 юшв замщення [3]. Надлишковий негативний заряд юна татю компенсуе ваканЫя хлору. За температур Т < 200 К компенсащя заряду мае локальний характер: у кристал1 ут-
ворюються домшково-вакансшш дипол1 (ДВД) Т1У1 типу. За температур Т < 110 К ДВД заморожеш в гратщ кристала. В област температур 110 < Т < 200 К анюнш вакансii здшснюють ротащю в окол1 дом1шкового юна. За т > 200 К настае термодисощащя диполя:
т\У<—Т1 + V/. (1)
кТ
Структура центрiв забарвлення, що виникають при опромшенш крис-талiв БгС12-Т1+, залежить вiд температури опромiнення зразюв. Якщо кристали опромiнювати за Т < 130 К, то в них генеруються {Т12+(1)-Т10(1)}- компле-ментарш пари. Виникнення центрiв забарвлення е наслщком локалiзацii нось iв заряду на iонах талiю:
Т\У> + е"^ Т1У' = Т10(1), (2)
Т\У' + Т1У' = Т12+(1). (3)
де: Т1 (1) - центр е атомом талда, в околi якого розмщена анiонна вакансiя, Т12+(1)-центр - Т12+-юн замiщення, в околi якого локалiзована одна анiонна вакансiя.
Якщо кристали опромiнювати за Т > 130 К, то в утворених радiащею {Tl2+(1)-Tl0(1)} -комплементарних парах вщбуваеться обмш анiонною вакан-шею мiж дiрковим та електронним центром забарвлення, що зумовлюе змiну структури центрiв забарвлення:
Tl 2+(1)
, , 1101Г
■■.Tiv' —- ti2++va
kT
V+ + Tl °(1) — Tl 0(2). kT
(4)
(5)
Таким чином в област 130 К вщбуваються термоiндукованi перетво-рення {Tl2+(1)-Tl0(1)} пар в пари {Tl2+-Tl°(2)} -центрiв забарвлення.
Моделi ДВД i утворених радiацiею центрiв забарвлення в кристалах SrCl2-Tl+ наведено на рис. 1.
Рис. 1. Moóeni manieeux ueHmpie забарвлення
Генеращя ^HTpii забарвлення за низьких температур
(Т < 130 К). Мехашзм генерацп цен^в забарвлення за низьких температур можна описати такою схемою:
О . . . . О * . - фрагмент iонного ланцюга, довжину яко-го обмежують домшково-вакансшш диполц 0 - Tl+- íoh; Е - позитивно за-ряджена ашонна вакансия V¿; О Е ~ домшково-вакансшний диполь (ДВД); ОЕ" T12+-íoh, в окол1 якого розмщена анюнна ваканЫя (Т12+(1)- центр); О-tl2+- íoh, розмщений у катонному вузлц © - Т1°- атом, розмщений у катонному вузлц © Е _ Т1°- атом, в окол1 якого розмщена анюнна вакансия (Т1°(1)-центр); {=)[+]. • • • ОЕ - фрагмент юнного ланцюга, довжину якого обмежуе пара цен^в забарвлення; R(e-, e+) - створена юшзуючою радiацiею R електронно^ркова пара (e-, e+); ю1 - iмовiрнiсть захоплення носив заряду (e-, e+) парою ДВД i, вщповщно, створення {Tl2+(1)-Tl0(1)}- пари цен^в забарвлення; ю2 - iмовiрнiсть руйнування {Tl2+(1)-Tl0(1)} -пари внаслiдок лока-
лiзаци носив заряду (е-, е+) на центрах забарвлення i, вiдповiдно, вiдновлення пари ДВД.
Термошдуковаш перетворення центрiв забарвлення. Утвореш ра-дiацiею Т12+(1)- i Т10(1)-центри спостерiгаються в кристалi до температури порядку 130 К. За вищих температур вщбуваються термошдуковаш перетворення:
Символiчнi позначення на схемi (7) такi ж сам^ що й на схемi (6). [Е © ЕЕ - Т1°-атом талпо, в оксид якого розмщеш дв1 анюнш вакансп -Т10(2)-центр.
Механiзм генерацп центрiв забарвлення при Т > 130 К. Мехашзм генераци центрiв забарвлення за Т > 130 К описуеться такою схемою:
де а3 - iмовiрнiсть руйнування {Т12+-Т10(2)}-пари центрiв забарвлення внасль док рекомбiнацiйних процесiв (висвгглювальна дiя рентгенiвських променiв). Обговорення результат. За сво1ми радiацiйними властивостями
кристали БгС12-Т1+ подiбнi до кристалiв флюорит1в, легованих лужними мета-
+ 2-
лами або киснем (кристали МеБ2-Ме i МеБ2-02- [1, 2]). Подiбно до легованих кристалiв флюорит1в гранична концентрацiя центрiв забарвлення у кристалах БгС12-Т1+ становить величину порядку 10-20 % вщ концентраци пар диполiв у кристалi (опромiнення кристала при 90 К) i зростае в декшька разiв зi зрос-танням температури (табл. 1).
Табл. 1. Параметри, що характеризують радiацiйну _чутлив'шть кристалiв НгС12-ТГ_
с 1 Ш1 ®2 ®3 с/ с0 П1 у с0 П2 у /С1
0,50 6 а 0,100 0,40 0 0,200 51018 1,0 2,5-1019 5,0
0,10 10 а 0,069 0,37 0 0,170 8,5-1017 1,0 5,0-1018 5,9
0,01 21 а 0,032 0,36 0 0,082 4,11016 1,0 5,0-1017 12,0
Прим1тка: с - молярна концентращя юшв тал1ю в кристалл 1 - середня вщстань м1ж юнами тал1ю у гратщ кристала; а - параметр юнного ланцюга; С0 = 1/2 с - молярна концентращя пар ДВД в кристалл с1 - гранична концентращя центр1в забарвлення, що утворюються тд час опромшення кристалу за Т < 130 К; с2 - гранична концентращя центр1в забарвлення, що утворюються у кристал1, якщо його опромшюва-ти за Т > 130 К; п1 (см- ) - гранична густина центр1в забарвлення, що утворюються на стадп насичення забарвлення кристала, якщо його опромшювати за Т < 130 К; п2 (см-3) - гранична густина центр1в забарвлення, що утворюються на стадп насичення забарвлення кристала, якщо його опромшювати за Т > 130 К;
Концентраци центрiв забарвлення та 1х густину визначали зпдно з такими формулами:
с1 =-С0; П1 =-П0, (9)
а + а щ + щ
С2 = •
С
Со; П2 = ■
С
По,
(10)
СС + С С + С3
де п0 - концентращя пар ДВД в кристалi до його опромшення.
1стотна вiдмiннiсть мiж кристалами БгС12-Т1+, з одного боку, i криста-+ 2 + лами МеБ2-Ме i МеБ2-0 з шшого, полягае в тому, що в кристалах БгС12-Т1
в межах юмнатно! температури вiдсутня висвiтлювальна дiя юшзуючо! радь
ацн (с3=0). За вщсутност висвгглювально! дц рентгенiвських промешв крис-
тал досягае гранично! радiацшноl чутливостi: внаслiдок опромiнення криста-
ла вс наявнi в кристалi ДВД за рахунок локалiзацil носив заряду перетворю-
ються в центри забарвлення (с2=с0). Вiдсутнiсть висв^лювально! ди рентге-
нiвських променiв на центри забарвлення зумовлена тим, що Т1 - i Т10(2)-
центри електронейтральнi стосовно гратки.
Висвгглювальна дая рентгенiвських прометв в iонному ланцюгу типу Т12+-
Т10(2) може виникнути лише внаслщок захоплення зонних електронiв дрковими
центрами забарвлення, а вшьних дарок - електронними центрами забарвлення:
(11) (12)
Т12+ + Т1 + , Т10(2) + в+^ Т1+(2) .
Оскшьки акгиваторш центри забарвлення Т1 i Т10(2) - це електро-нейтральнi комплекси, то можна розглядати перебiг альтернативних реакцш, коли електрон локалiзуеться на електронному центрi забарвлення, а дрка на дарковому.
(13)
(14)
Т12+ + в+^ Т13+ , Т10(2) + в-^ Т1 "(2)
Принципова вщмшшсть м1ж р1внян- 0,35 -| нями (11) i (12), з одного боку, та (13) i (14) з шшого, - полягае в тому, що в першому випадку внаслщок рекомбшацшних проце-Ыв вiдновлюються ДВД, а в другому випадку - створюються новi за структурою центри забарвлення. Розглянемо iмовiр-нiсть перебiгу зазначених реакцш в моделi iонного ланцюга [4].
З кристалографiчного погляду, пот-рiбно вилучити реакцiю (13), що передба-
чае утворення в гратщ кристала T13+-iона -
2+
у кристалiчнiй гратщ перетворення Ме ^
3+
Ме у ртутеподiбних юнах експеримен-тально не виявлено, а, отже, iмовiрнiсть пе-ребiгу реакцп (13) рiвна нулю.
На рис. 2 зображено змшу величини
електричного потенцiалу вздовж iонного ланцюга Т12+......ТГ(2). Характер по-
тенщалу, наведеного на рис. 2, унеможливлюе локалiзацiю електрона на Т10-атом^ що входить до складу електронного центра Т10(2). А отже, реакщя (14) не проявляеться.
Рис. 2. Змша величини електричного потенщалу вздовж юнного ланцюга, довжину якого обмежують Т12+- центри
Окрiм реакци (11) зi захоплення електрона дiрковим центром забар-влення, може бути мюце реакцiя, внаслiдок яко! електрон захоплюеться од-шею з вакансш Т10(2)-центра:
Т10(2) + т0(2) . (15)
Розглянемо детальнiше процес захоплення електронiв на центрах за-барвлення (реакци (11) i (15)). Локалiзацiя електрона на центрах забарвлення (рис. 3, б i 4, б) змiнюе характер розподiлу електричного потенцiалу вздовж юнного ланцюга (рис. 5 i 6). Характер електричного поля, наведений на рис. 5 i 6, змушуе дiрку направлено дрейфувати в напрямку до електронного центра забарвлення. Дрейф завершуеться процесом рекомбшаци i вщновлен-ням початково! структури електронного центра. Як наслщок, висвiтлювальна дiя радааци в забарвлених кристалах БгС12-Т1+ вщсутня.
Рис. 3. Схематичне зображення
рекомбтацшних процеыв у юнному ланцюгу ТТ......Т?(2)
Рис. 4 Схематичне зображення
рекомбтацшних процеЫв у юнному ланцюгу Т12+......Т?(2)
Рис. 5. Змта величини електричного потенщалу вздовж фрагмента довжини
юнного ланцюга типу Т1......Т1°(2)
Рис. 6. Змта величини електричного потенщалу вздовж фрагмента довжини
юнного ланцюга типу Т12+.....Я Т°(1)
Лггература
1. Чорнш З.П. Радiацiйна чутливiсть кристашв флюоритiв, легованих лужними метала-ми / Чорнш З.П., Салапак В.М. // Науковий вiсник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. -Львiв : РВВ НЛТУ Украши. - 2010. - Вип. 20.4. - С. 121-126.
2. Чорнш З.П. Радiацiйна чутливють кристашв флюорипв, легованих киснем / Чорнш З.П., Салапак В.М. // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Украши. - 2010. - Вип. 20.6. - С. 126-131.
3. Крочук А.С. 1онш термоструми в радiацiйно забарвлених кристалах SrCl2: TlCl / Кро-чук А.С., Чорнiй З.П., Щур Г.О., Салапак В.М., Говор М.В. // УФЖ. - 1999. - Т. 44, № 11. - С. 1428-1433.
4. Чорнш З.П. Генеращя цен^в забарвлення в легованих кристалах флюорипв: одно-вимiрна 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.
Чорний З.П., Салапак В.М. Радиационная чувствительность кристаллов флюоритов, легированных таллием
В одномерной модели рассчитаны параметры радиационной чувствительности кристаллов флюоритов, легированных таллием. Определены граничные концентрации центров окраски в зависимости от концентрации примеси таллия в кристалле флюорита.
Ключевые слова: кристаллы, центры окраски, радиация.
Chornij Z.P., Salapak V.M. Radiation sensitivity of fluoride crystals which are alloyed with thallium
In the single-measured model the radiation sensitivity paramétrés are calculated in fluoride crystals which are alloyed with thallium. The maximum concentrations of the color centers were determined as a function of concentration thallium impurities.
Keywords: crystals, color centers, radiation._
УДК 630.3.001.12/1 Доц. О.С. Мачуга, канд. ф1з.-мат. наук -
НЛТУ Украти, м. Льв1в
МЕТОДИКА ДОСЛ1ДЖЕННЯ ГЕОМЕТРИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК Г1ДРОТЕХН1ЧНИХ СПОРУД ТА ВОДОСХОВИЩ
Методика призначена для комплексного опрацювання та систематизацп натур-них та документальних даних для експлуатованих гщроспоруд. Пщ час натурних спостережень визначають геометричш розмiри греблi та водосховища, а також пара-метри рiчкового потоку: його швидюсть, глибину та ширину. Даш щодо розмiрiв водосховища також можливо отримати iз документальних джерел. Об'емш та вщносш характеристики гщроспоруди та водойми визначають шляхом обчислення за наведе-ними формулами.
Ключов1 слова: параметри гщроспоруд, водосховище.
Актуальшсть проблеми. Доцшьшсть проектування та буд1вництва нових гщроспоруд, зокрема на малих прських ржах, визначаеться економ1ч-ною та еколопчною необхщшстю. Можливють вщбору енерги р1чкового потоку для енергозабезпечення мюцево! промисловост1, берегоукршлення та заходи щодо мш1м1заци негативних наслщюв руйшвних повеней та паводюв, рекреацшш потреби тощо - чинники, як зумовлюють необхщшсть спору-дження гщротехшчних споруд. Пщ час проектування та буд1вництва таких
