CC BY
8
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 162 1967
ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ НАКОПЛЕНИЯ /'-ЦЕНТРОВ В МОНОКРИСТАЛЛАХ КС1, ОБЛУЧЕННЫХ ПРОТОНАМИ, ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБЛУЧЕНИЯ
А. Н. КРАВЕЦ, И. Я. МЕЛИК-ГАЙКАЗЯН
(Представлена научным семинаром научно-исследовательского института ядерной
физики)
Одной из актуальных, но наименее решенных проблем радиационной физики является установление микромеханизмов создания дефектов в твердых телах под действием излучений. Для решения этой проблемы целесообразно использовать щелочногалоидные кристаллы, в которых модели основных радиационных дефектов надежно установлены (1—5]. Некоторые из предложенных механизмов позволяют считать, что процесс радиационной генерации ^-центров в ионных кристаллах как на дорадиационных вакансиях [6], так и на вакансиях, генерируемых излучением [7], протекает наиболее эффективно при тем'пературах, соответствующих деавтолокэлизации дырок. Для проверки этого предположения нами исследовано накопление /'-центров в кристаллах КС! под действием протонов при фиксированных (с точностью до 0,5°К) температурах в диапазоне 80-г-300°К и в широком интервале концентраций /•"-центров (101С-^-0,5' 1019 см 3). Кристаллы выкалывались из одного блока, выращенного методом Киропулоса из соли марки ХЧ, и облучались в криостате [8] в идентичных условиях. Кристалл 1 (рис. 1) плотно поджимается к кристаллодержателю 2 винтом 3 и упором 4. Положение кристалла строго фиксируется выступами на кристалл одержателе. Охлаждение кристалла производится путем поджатая к кристаллодержателю сосуда с жидким азотом. Стабилизация тем'пературы осуществляется с помощью печи 5. Кристалл облучается протонами через щель 6, ширина которой может быть установлена от 10 мкм до 2 мм. Высота щели 14 мм. Фотометрирование окрашенного слоя производится в направлении, перпендикулярном облучению с помощью микрощели 8, ширина которой может также варьироваться от 30 до 100 мкм. Эта щель с помощью микрометрического винта с ценой деления 10 мкм перемещается вдоль кристалла параллельно его передней кромке. Все приспособление крепится на плексигласовом фланце, с помощью которого оно вводится в криостат. Настройка микрощелей и установка кристалла осуществляется с помохцью микроскопа МБИ-3, снабженного винтовым оптическим микром'етром типа МОВ-1-15*. Жесткое крепление криостата на ионопроводе циклотрона позволяет перемещать спектрофотометр на специальной стойке так, чтобы свет от монохроматора падал перпендикулярно поверхности кристалла. Использование в качестве коллиматора 6 пластинок из кристаллов 1ЛР с зеркальным сколом
позволило добиться равномерно окрашенного слоя. Ток протонов измеряется на пяти пробниках, установленных в ионопроводе перед криоста-том и откалиброваниых с помощью цилиндра Фарадея [8]. Данная методика разработана нами совместно с Д. И. Вайсбурдом и позволяет измерять коэффициенты поглощения облученных кристаллов от 0,1 до Ю4 см-К
Рис. 1. Схема эксперимента
На рис. 2 представлено относительное распределение концентраций Р-центров в КС1, облученных протонами при 80°К по глубине окрашенно-
елубима окраски (мм) по [o/ol
Рис. 2. Относительное распределение концентрации /•'-центров (а/ао) по глубине окрашенного протонами слоя кристалла KCl. Кривые 1 и 2 соответствуют дозам 3,75* 1012 и 7,5* 1013 протон. см~2 соответственно. Кривая 3 — относительное ф распределение удельных ионизационных потерь протонов в KCl, рассчитанное по
данным работы [12]
дует, что с увеличением дозы облучения концентрация /'-центров по глубине окрашенного слоя выравнивается, так как накопление их согласно данным рис. 3, б насыщается.
На рис. 3, а представлены кинетические кривые накопления /^-центров в КС1, облученных протонами с энергией 6,7 Мэв и интенсивностью 4,1-109 "^Г** ' а на Рис- 3' 6 ПРИ облучении протона-
ми с энергией 1,0 Мэв и интенсивностью 10,4-1010 ПР0Т0Н .
см2сек
ИО°П 80°Н
о 273'к
• 298* К
200 400 600 „
таза э'/см*
900
Рис. 3. Кинетика накопления F-центров в КС1 под действием протонов при раз
личных температурах
Энергия излучения, затрачиваемая на накопление одного F-цент-ра на начальной стадии (рис. 3, а), составляет 150 и 980 эв при тем-
пературах 230 и 80°К соответственно, однако скорость накопления центров при температуре 230°К уменьшается быстрее, чем при более низких температурах (рис. 3,6), так что значение оптимальной температуры образования -Р-центров не является постоянным и смещается с увеличением дозы в сторону более низких температур. Согласно нашим измерениям концентрация Ж-центров в данном слу^ чае на 2-^-3 порядка меньше концентрации ^-центров, поэтому ограничение накопления /^-центров при низких температурах не может быть обусловлено их коагуляцией в кратные электронные центры [9]. Согласно данным работ [5, 10, 11] можно предположить, что процессом, ограничивающим накопление /-'-центров в кристаллах КС1 в интервале 80-^-200°К, является их рекомбинация с дырочными центрами типа 1/4, причем концентрации ^-центров (пр) и К4-центров (пу) равны [10]. В этом случае кинетическое уравнение накопления /^центров может быть записано в виде:
аг
с начальным условием пр ~ 0 при I = 0, где / — время облучения; у —плотность потока протонов; — число /^-центров, образованных на единице длины трека протона в объеме /-кратной локализации энер-
гии протонов; /-7= — /~л — вероятность встретить такой объем
И
в кристалле, а l = vpr¡ojt; у* — объем реакции разрушения ^-центра-
А/г/г —-,
ПрПу
|
Д/г^— уменьшение концентрации /^-центров в результате рекомбинации их с 1/4-центрами. На начальной стадии радиационного накопления /^-центров, когда X 1, а Ро = 1; Рх = Р2 = Р3 = ... = Р1 = 0: решением уравнения (1) является
пг = ттоу/, (2)
т.е. прямая линия, что и наблюдается на рис. 3,а. Если верхнее значение X не ограничено, то уравнение (1) может быть решено в приближении
Чг = (-1)ЧЧ1|; ¿-1,2,3... (3)
Полученное в этом случае решение 1
Пр =
2 7}о
(4)
хорошо описывает экспериментальные кинетические кривые накопления /^центров. Расчеты были выполнены на электронно-вычислительной машине М-20. Найдено, что предельное расстояние, на котором могут находиться Т7- и У4-центры, не рекомбинируя между собой
/ Зvp\° гр = ,- 3, составляет 30 40 А .
и« Г
Представленные результаты свидетельствуют о том, что интенсификация электронно-дырочных процессов при увеличении температуры облучения повышает не только эффективность образования ^-центров, но и вероятность их радиационного разрушения.
ЛИТЕРАТУРА
1. С. Feher, Phys. Rev. 105, 1122, 1957.
2. С. Z. van Doom, Phil. Res. Rep. 112, 309, 1957.
3. В, J. F a r a d ay, H. R a b i n, W. D. Compton. Phys. Rev. Letters, 7, 57, 1961.
4. W. Kanzig, Т. O. Woodruff, J. Phys. Chem. Solids 9, 70, 1958.
5. N. Itoh, J. Phys. Chem. Solids 27, 197, 1966.
6. P. О. В илу, M. А. Эланго, ФТТ, 7, 3673, 1965.
7. Т. P. P. Н а 11, D. Р о о 1 е у, Р. Т. W е d е р о h 1, Proc. Phys. Soc. 83, 635, 1964.
8. A. H. Кравец. Заводская лаборатория, 6, 767, 1966.
9. Д. И. Вайсбурд, И. Я- М е л и к-Г а й к а з я н, ДАН СССР, 165, 1029, 1965.
10. В. J. Faraday, W. D. Compton, Phys. Rev., 138, A893, 1965.
11. J. D. Kings ly, J. Phys. Chem. Solids, 23, 949, 1962.
12. Д. И. Вайсбурд, H. Л. Терентьев. Труды Всесоюзного совещания по дозиметрии больших доз. Ташкент, 1966.
