CC BY
7
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1965
Том 139
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ОКРАСКИ ПОГЛОЩЕННОЙ ЭНЕРГИИ БЫСТРЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В ЩЕЛОЧНО-ГАЛОИДНЫХ
КРИСТАЛЛАХ
Б. А. КОНОНОВ, О. Б. ЕВДОКИМОВ (Представлена научным семинаром физико-технического факультета)
Введение
При прохождении электронов через вещество энергия их уменьшается, поэтому можно ожидать различия в распределении потерь энергии электронного пучка и распределения изменений свойств. Вообще представляло бы интерес сравнение пространственного изменения того или иного свойства по длине кристалла с пространственным распределением тех потерь энергии вдоль пути электронов, которые принимают непосредственное участие в изменении данного свойства и могут быть измерены. В частности, сравнение такого рода возможно через сопоставление потерь энергии быстрых электронов на ионизацию с изменением числа ^-центров вдоль пути потока электронов. При этом концентрация /^-центров должна быть в пределах первой стадии их накопления, когда образование новых вакансий за счет упругого взаимодействия с ядрами вещества еще несущественно и основным процессом является заполнение имеющихся в кристалле анионных вакансий медленными электронами, образующимися в процессе ионизации атомов кристалла.
Ниже сообщаются результаты таких опытов для кристаллов №С1 и П¥ .
Экспериментальные исследования и результаты
Кристаллы №0 и 1лР облучались коллимированным пучком электронов с энергией 6 Мэв из бетатрона. Экспозиционная доза контролировалась проходной камерой на входе в коллиматор. Камера откали-брована цилиндром Фарадея, который на время калибровки ставился на место кристалла.
Исследуемый кристалл с размерами 30X1мм3 (где толщина кристалла й = 1,5—2 мм) ставился вдоль пучка электронов по центру коллиматора, с боков примыкали два кристалла того же вещества (размеры 30X18X15 мм3) для уменьшения утечки быстрых электронов из кристалла и удобства измерения распределения поглощенной энергии. После облучения кристалл ставился вместе со специальной кареткой в кюветную камеру спектрофотометра СФ-4 перпендикулярно пучку света. На входе в кюветную камеру устанавливалась дополнительная щель шириной 1 мм и высотой 2 мм вблизи каретки с кристаллом. Измерение распределения коэффициента поглощения в максимуме
Р-полосы производилось перемещением каретки с помощью специального микрометрического винта с ценой деления 10 мк в направлении, перпендикулярном пучку света.
Методика измерения распределения поглощенной энергии ионизационным методом заимствована из [1]. Применялась миниатюрная ионизационная камера со стенками из материала исследуемого кристалла. Размеры камеры составляли 20X18X16 мм3, больший размер ставился вдоль пучка электронов. Рабочий объем камеры 2X2X1 мм3 находился в центре передней стенки камеры. Измерение распределения ионизации производилось в тех точках, в которых в дальнейшем измерялось распределение величины коэффициента поглощения в максимуме Т7-полосы.
На рис. 1 приведено относительное распределение по глубине кристалла ЫаС1 (кривая 1) (максимуму окраски соответствует = 3,3 см"1) и распределение поглощенной энергии в тех же точках (кривая 2). Совмещение кривых 1 и 2 условно произведено в максимуме 2. Так как кривые 1 и 2 на рис. 1 не совмещаются, то отсюда следует отсутствие пропорциональности между величиной коэффициента поглощения а^ и, следовательно, между плотностью числа /^-центров и величиной ионизации по глубине кристалла. Такой же результат наблюдается при энергиях электронов Е = 9 Мэв и 3 Мэв для кристаллов ЫаС1, а также для и КВг при Е — 6 Мэв. На рис. 2 приведены данные для ЫР, Е — 6 Мэв.
шее
ос^В отаед. Е=6мэв
в 10 12 14 16
X мм
ир
окгР оти. од. Е=6мэ6
в 10 12 14 16 X мм
Рис. 1. Распределение относительной величины коэффициента поглощения в максимуме /■'-полосы (кривая 1) и поглощенной энергии, измеренной ионизационным методом по глубине кристалла (кривая 2) ИаС!.
Рис. 2. Распределение относительной величины коэффициента поглощения в максимуме /'-полосы (кривая 1) и поглощенной энергии по глубине кристалла (кривая 2) 1лР.
Обсуждение результатов
Отсутствие пропорциональности между концентрацией ионов и ллотностью образовавшихся ^-центров (коэффициент поглощения) люжет быть вызвано рядом причин. К ним следует отнести влияние
интенсивности (распределение которой в относительных единицах характеризует кривые 2 на рис. 1 и 2), различные в среднем направлении электронов по отношению к кристаллической решетке на разных глубинах кристалла и явления, связанных с изменением энергетического состава электронов по глубине. Согласно [2] при уменьшении числа падающих на поверхность кристалла электронов в единицу времени наблюдается снижение эффективности образования ^-центров на первой стадии накопления. Это дает основание полагать, что наблюдаемое отклонение от пропорциональности плотности /^-центров от плотности ионов по глубине кристалла не связано с влиянием интенсивности, так как кривая 1 на рис. 1 и 2 идет выше кривой 2.
Влияние изменения угла между траекториями быстрых электронов и кристаллической решеткой, очевидно, исключено, так как роль смещений атомов на рассматриваемой стадии окрашивания не существенна.
Каждой точке кристалла при данной энергии первичных электронов и данной геометрии опыта однозначно соответствует определенный спектр электронов. С углублением потока электронов в кристалл уменьшается средняя энергия электронов в спектре и становится больше
медленных. В этом же направ-
о,в
0,7 0,6 0,5 0,4
аз 0,2 ол
Щ'отн.ед.
О У
ы54 У Г
(
[ 1 !
\
0 2 4 6
а ю 12 14 16
X мм
N(2С1 лении нами обнаружено увели-
Е=6мЭ& чение эффективности образо-
вания числа /^-центров на единицу объема в расчете на образовавшийся ион, относительное распределение которых по-глубине дают кривые 2 на рис. 1 и 2. Относительное увеличение этой эффективности по глубине кристалла (т. е. направлении уменьшения средней энергии спектра электронов) представлено на рис. 3. Качественно аналогичные результаты получаются для £лр и КВг; при этом для КВг увеличение эффективности по глубине кристалла еще более существенно. Большее число /'-центров на один образовавшийся ион на первой стадии их накопления в направлении уменьшения средней энергии ■спектра электронов может быть вызвано рядом причин. Увеличение удельных ионизационных потерь может привести к тому, что
а) при увеличении йЕ!йх роль тепловых явлений в треке ,в разбиении связок вакансий возрастает быстрее, нежели увеличиваются числа ионов ва единицу объема;
б) то же самое и за счет участия потерь энергии электронов на возбуждение и увеличение доли этих потерь в общих ионизационных потерях.
Ожидать же увеличения вероятности захвата медленных электронов анионной вакансией при увеличении йЕ/йх пока оснований нет.
С целью качественной проверки предположений а) и б) проведено измерение распределения поглощенной энергии по кристаллу сцинтил-ляционным методом.
Рис. 3. Относительное увеличение эффектности образования ^-центров по глубине кристалла №С1.
Предварительные результаты получены в отличной от предыдущей геометрии. Диаметр парафинового коллиматора 40 мм. Миниатюрная камера заимствована из [1]. При измерении сцинтилляционным методом воздушный объем камеры заменяется (воздухоэквивалентным) пластмассовым сцинтиллятором на основе полистирола + 2% п/терфе-нила+'0,1% РОРОР. Световой поток отводился плексигласовым световодом длиной 20 см в ФЭУ-12, помещенному за свинцовой зашитой.
Фототок фотоумножителя измерялся гальванометром. На рис. 4 приведены результаты измерения распределения поглощенной энергии сцинтилляционным (кривая 1) и ионизационным (кривая 2) методами в идентичных условиях. В органических сцинтилляторах сцинтилляцион-ный процесс обусловлен возбуждением его молекул, так что световой поток пропорционален потери энергии электронов на возбуждение молекул с поправкой на нелинейность световыхода от энергии при малых значениях энергии электронов.
Таким образом, кривая 2 рис. 4 характеризует относительное распределение потерь на ионизацию, кривая 1 характеризует «с точностью до линейности световыхода от энергии электронов относительное распределение потерь на возбуждение. Введение поправки за счет снижения удельного световыхода при малых энергиях электронов приведет, естественно, к подъему кривой 1.
Эта поправка будет тем больше, чем глубже в кристалле рассматриваемая точка. Точная величина поправки требует знания спектра электронов на различных глубинах кристаллов.
Взаимное положение кривых 1 и 2 на рис. 4 говорит в пользу того предположения, что потери энергии электронов на возбуждения атомов вещества участвуют в процессе образования /^-центров, по крайней мере при малых плотностях /^-центров. Взаимное положение кривых 1 я 2 наводит на мысль о том, что при понижении энергии электронов происходит возрастание доли потерь на возбуждение в общих ионизационных потерях электронов.
Выводы
1. Распределение плотности ^-центров по глубине хцелочно-галоид-ных кристаллов в пределах первой стадии их накопления не совпадает с распределением ионов, образовавшихся в результате облучения быстрыми электронами.
2. Наблюдаемой явление может быть объяснено участием потерь энергии электронов на возбуждение в процессе образования ^-центров,
ЛИТЕРАТУРА
1. Б. А. Кононов, В. Н. Руденко. Сборник трудов конференции «Действие излучений на свойства материалов», Новосибирск, вып. 2, 1963.
2. А. Б 1 Ь 1 е у, Е. Б о п с! е г, X Арр1. РЬув. 34, № 8, 2366, 1963.
А/осе
X мм
Рис. 4. Распределение поглощенной энергии по кристаллу, измеренное сцинтиляционным (кривая /) и ионизационным методами (кривая 2).
