CC BY
9
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА
Том 180 1971
ЗАПАСЕННАЯ ЭНЕРГИЯ В ЩЕЛОЧНОГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛАХ С ПРИМЕСЬЮ
А. П. АРЬЯНОВ
(Представлена научным семинаром лаборатории энергетики и электроники ионных
структур)
В настоящее время хорошо изучено влияние радиационного излучения на щелочногалоидные кристаллы при небольших поглощенных энергиях.
Из-за ряда технических трудностей измерение спектров оптического поглощения в сильно облученных щелочногалоидных кристаллах затруднено. Мы считаем, что в этой области радиационных нарушений применение методики запасенной энергии к изучению дефектности твердых тел весьма перспективно.
Согласно существующим в настоящее время представлениям [1, 2, 3] основной вклад в величину запасенной энеогии вносят электронно-дырочные центры. Изучению влияния примесей на кинетику накопления центров окраски при относительно небольших дозах облучения посвящено много работ [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]. Показано, что введение в кристаллы двухвалентных катионозамещенных примесей вызывает появление дополнительного числа катионных вакансий [9] для сохранения электронейтральности кристалла. Добавление в щелочногалоидные кристаллы примесей Бг+4 и Са i ь создает дополнительные уровни для локализации дырок и вызывает возрастание скорости накопления /^-центров не только на «дорадиационных» вакансиях, но и на вакансиях, генерируемых излучением [11]. Поэтому представляет определенный интерес исследовать влияние примесей на величину и характер накопления запасенной энергии в щелочногалоидных кристаллах.
Как показано в работе [5], введение в кристаллы двухвалентной анионозамещающей примеси Э увеличивает число анионных вакансий, которое по закону действующих масс уменьшает концентрацию одиночных катионных вакансий. Об этом свидетельствует понижение электропроводности кристаллов КС1 * Б ~ по сравнению с чистым КС1. Увеличение числа анионных вакансий приводит к уменьшению радиационной устойчивости и скорости накопления /^-центров на дорадиационных дефектах в кристаллах КС1 - Б .
Нам известна единственная статья Трнка [12], где автор исследовал влияние примеси Са + на величину запасенной энергии в кристаллах ЫаС1 после рентгеновского облучения. К сожалению, эти исследования носят чисто качественный характер.
В данной работе в качестве источника облучения использован циклотрон НИИ ЯФ при ТПИ с энергией протонов 4,5 Мэв. Облучение
образцов проводилось на воздухе. Для предотвращения высвечивания образцы заворачивались в алюминиевую фольгу толщиной 7 микрон. Запасенная энергия измерялась методом растворения в дифференциальном колориметре типа Кальве. Исследовалась кинетика накопления запасенной энергии в кристаллах KCl, KCl-ОН", KC1-S" (рис. 1, кривые 1, 2, 3 — соответственно). Из рисунка видно, что запасенная энергия кристаллов KC1-S KCl • ОН- больше, чем для чистого KCl.
Кристаллы KC1-S~™ (0,1 моль% Na2S), как упоминалось выше, имеют избыточное число анионных вакансий. При больших дозах облучения, по-видимому, преобладающим является процесс генерации радиационных дефектов по механизму Варли [13], согласно которому галоид вытесняется из регулярных узлов кристаллической решетки в междоузлие. Но щелочногалоидные кристаллы представляют собой материалы, имеющие плотную упаковку. Поэтому вытеснение галоида из- регулярных узлов анионной субрешетки будет значительно облегчено, если создать условия для диффузии хлора в де-
Рис. 1. Кинетические кривые накопления ' ФектнЫе места кристалла запасенной энергии в кристаллах KCl, (дислокации, блоки МОЗЗИ-КС1 • ОН -, KC1-S— (кривые 1, 2, 3— ки). В этом случае образо-соответственно) вание F-центров на вакан-
сиях, созданных излучением, должно увеличиться. Вследствие этого запасенна'я энергия в кристаллах KCl - S должна быть выше, чем в чистом KCl, что видно из рисунка (кривые 1, 2). Для кристаллов KCl с примесью КОН (0,35 моль%) запасенная' энергия также больше, чем для чистого KCl. Это может быть обусловлено следующим.
Как показано в работе [14], ионьг ОН ~ встраиваются в регулярные узлы кристаллической решетки, замещая ионы С1~ . При охлаждении выращенного кристалла ионы ОН- образуют с ионами Ca + h, которые в качестве загрязнения всегда присутствуют в кристаллах, комплекс Ca++ (ОН~)2, занимающий один анионный узел решетки. Образующееся' избыточное число анионных вакансий меняет знак заряда дислокаций на обратный. Этот факт может служить доказательством того, что в наших кристаллах KCl • ОН ~ имеется избыточное число анионных вакансий, которые способствуют диффузии хлора, вытесненного из узла решетки по механизму Варли. Это, по-видимому, и обусловливает увеличение запасенной Энергии при больйгих дозах облучения в кристаллах KCl • ОН по сравнению' с чистым КС Г.
Зайас&няаЯ' энергия в кристаллах KCl выделяемся по кривой с максимумом. Причем для1 «^шс-тых» кристаллов максиму^ смещен в сторону меньших, для KC1-S —в сторону больших поглощенных энергий. Максимальная величина запасенной энергии в KCl составляет 1,7 дж/г, для> KG1-OB - 2 дж[г\ для KCl • S — 2,4 дж{г.
Логлощшар энергия дж/з
Выводы
1. Запасенная энергия в кристаллах KCl выделяется по кривым с максимумом.
2. Введение примеси анионозамещающих примесей увеличивает запасенную энергию по сравнению «с чистыми» кристаллами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Fred Т. Phelps, Fr., and Edgar Pearlstein, Phys. Rev. 128, 4, 1575, ,1962.
2. К. Kobayashi, Phys. Rev., 102, 2, 348, 1956.
3. Труды первого совещания по радиационной физике, Киев, 1965.
4. Е. Е. J с h n е i d е г, discussion of the Faraday Society, № 31, 176, 1961.
5. Л. И. Рощи н а. ФТТ, т. 7, 3465, 1965.
6. Л. В. Григорук, И. Я. M е л и к-Г а й к а з я н. Опт. и спектр., т. XV, вып.
3, 394, 1963.
7. М. И. Игнатьева. Автореферат, Томск, 1965.
8. Л. В. Григорук. Автореферат, Томск, 1964.
9. Н. Pick, H. Weber, zs. f. Phys., 128, 409, 1950.
10. W. Hayes, g. M. Nichols, Phys. Rev., 174, 4, 993, 1960.
11. И. Я. Мелик-Гайказян, В. M. Лисицын. ФТТ, 7, № 7, 1965.
12. J. Trnka, chechosl. Journ. Phys., 8, 1, 1958.
13. Центры окраски. ИЛ., M., 1958.
14. J. E. С a î f y п. I. С. de Fr ei ta s, T. L. G о о d f e 11 o w, Phys. stat. sol., 9, 333, 1965.
